A indústria automotiva melhora a automação e adota tecnologia avançada

A indústria automobilística está adicionando robôs mais sofisticados, buscando a impressão 3D e integrando outras tecnologias avançadas.

A indústria automobilística dos EUA é automatizada há décadas. A produção de carros e caminhões está associada a robôs grandes e desajeitados, isolados de funcionários humanos. Dentro dessas áreas cercadas, são realizadas tarefas como soldagem.

A indústria, no entanto, está avançando na frente da automação. Montadoras e fornecedores estão adotando robôs colaborativos, conhecidos como cobots. Esses dispositivos geralmente são menores, têm mais destreza e podem ser implantados com segurança ao lado de operadores humanos.

Além disso, a indústria também quer expandir o uso de impressoras 3D. Montadoras como Ford Motor Co. e BMW AG estão trabalhando diretamente com fabricantes de aditivos na implantação da tecnologia. As empresas também estão utilizando a realidade virtual e aumentada para resolver problemas de fabricação. E, como é o caso de muitos outros fabricantes, a indústria automobilística quer tirar o máximo proveito da Indústria 4.0, onde máquinas “conectadas” se comunicam entre si e com operadores humanos.

"Há muitas maneiras de a nova automação se diferenciar do que a automação parecia na década de 1980", disse Kristin Dziczek, vice-presidente de indústria, trabalho e economia do Centro de Pesquisa Automotiva (CAR) de Ann Arbor, Michigan.

“Atualmente, a automação não está apenas replicando o esforço físico humano, mas também conectando-o a outros sistemas cibernéticos e físicos dentro e fora da fábrica”, disse Dziczek. “Isso significa que os fabricantes estão obtendo mais dados da automação e mais controle sobre todo o sistema de fabricação – não apenas controle sobre estações automatizadas individuais.”

Um símbolo das tendências de automação automotiva é o novo Centro de Manufatura Avançada da Ford no subúrbio de Redford, Michigan, em Detroit. No interior, impressoras 3D e cobots são estudados para formas de uso no chão de fábrica. As instalações de realidade virtual e aumentada do centro são uma forma de as fábricas da Ford em todo o mundo lidarem com questões como estacionar equipamentos de produção no chão de fábrica.

A Ford formou uma organização de fabricação avançada em 2017, reunindo funcionários de todas as operações de fabricação da montadora. O grupo identificou seu local no ano passado depois que uma empresa industrial se mudou para outro local na área de Detroit.

“A Ford Motor Co. tem uma relação muito madura com a automação”, disse Mike Mikula, engenheiro-chefe da organização global de manufatura avançada da Ford. A empresa queria acelerar sua tecnologia de fabricação, disse ele.

O que se segue são algumas das maneiras pelas quais a automação e as novas tecnologias na indústria automobilística estão evoluindo.

A impressão 3D aumenta

A impressão 3D, ou manufatura aditiva, envolve a impressão de uma peça camada por camada a partir de um design digital. A tecnologia está mudando para imprimir peças maiores e fazer mais impressões com vários tipos de metais. A indústria aeroespacial vem investindo em aditivos há anos porque a impressão 3D possibilita novos designs e tem a promessa de uso mais eficiente de metais como o titânio.

No entanto, a indústria automobilística tem maiores volumes de produção. Até agora, a adoção da impressão 3D por montadoras e fornecedores ficou para trás em relação a suas contrapartes no setor aeroespacial.

“As aplicações atuais da impressão 3D estão limitadas a ferramentas, matrizes, moldes, gabaritos, acessórios e algumas peças de baixo volume”, disse Dziczek, da CAR. “Os verdadeiros obstáculos para a adoção mais ampla da impressão 3D em automóveis e peças produzidos em massa são o tempo de ciclo, o custo e os custos irrecuperáveis ​​dos atuais processos de formação de peças baseados em estampagem, moldagem e usinagem. A impressão 3D precisa ser mais rápida e os custos precisam cair consideravelmente antes de vermos aplicações generalizadas e de alto volume na indústria automobilística.”

No entanto, o desenvolvimento da manufatura aditiva está em andamento na indústria automobilística.

“Os avanços na tecnologia de impressão 3D por si só criam uma série de soluções que historicamente não estavam disponíveis”, disse Mikula, da Ford. As melhorias incluem “a velocidade com que podemos imprimir e com os materiais pelos quais podemos imprimir. A introdução de polímeros reforçados com fibra de carbono (CFRP), plásticos avançados e certamente metal mudou drasticamente as aplicações potenciais do ponto de vista do que é a 'arte do possível'.

“Quando você combina isso com” maior capacidade de computação, ele continuou, “você deixa o software ajudá-lo a projetar a peça. Não requer o mesmo nível de esforço de engenharia e tempo de espera para fornecer a você uma solução principal que atenda a todos os seus requisitos. Portanto, tanto em termos do que podemos imprimir quanto da rapidez com que podemos imprimi-los, isso torna a impressão 3D uma tecnologia muito intrigante. Certamente, nosso objetivo aqui é aproveitá-lo do ponto de vista de fornecer aos nossos processos de fabricação as ferramentas e os auxílios de montagem necessários para serem mais robustos e potencialmente superar alguns dos desafios tecnológicos associados à impressão 3D.”

Anteriormente, a Ford colaborou com a Stratasys Ltd. em protótipos de impressoras 3D para produzir peças grandes. A montadora, com sede em Dearborn, Michigan, também é investidora, junto com a BMW, na Desktop Metal, uma empresa de manufatura aditiva com sede em Burlington, Massachusetts. Ken Washington, diretor de tecnologia da Ford, faz parte do conselho de administração da Desktop Metal.

A Ford e a BMW “sabem que isso está chegando”, disse Jonah Myerberg, diretor de tecnologia e cofundador da Desktop Metal. "Eles estão com pressa. Ainda faltam alguns anos para ser visto em um veículo.”

Myerberg disse que a impressão 3D provavelmente se expandirá além de moldes e gabaritos, mas há muita incerteza.

“Você não pode olhar apenas para uma área do veículo”, disse ele. “Você tem que olhar para o veículo inteiro. O que tentamos fazer é abrir os olhos deles para o que vemos como os principais benefícios da impressão 3D.” O executivo da Desktop Metal disse que as montadoras podem empurrar a tecnologia para seus principais fornecedores.

“Há muita coisa acontecendo nos bastidores que esses engenheiros não falam”, disse Myerberg. “Temos apenas uma pequena imagem de como nossos clientes vão usar essas impressoras.”

Em setembro, a HP Inc. apresentou uma nova tecnologia de impressão 3D chamada HP Metal Jet, destinada à produção em massa de peças de aço. A Volkswagen AG pretende usar a tecnologia HP Metal Jet para produzir veículos elétricos na década de 2020, de acordo com a HP. Os veículos elétricos têm menos partes móveis do que os motores convencionais de combustão interna. Como resultado, os VEs podem ser uma oportunidade para expandir a manufatura aditiva na indústria automobilística.

Robôs colaborativos

Os robôs foram um dos primeiros exemplos de automação no chão de fábrica da indústria automobilística.

Os estágios iniciais da adoção de robôs consistiam em fazer trabalhos perigosos e repetitivos, disse Lou Finazzo, gerente geral de mercados automotivos e de componentes da FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. Muitos robôs foram usados ​​para soldar carrocerias de carros e caminhões.

“Os humanos eram restritivos no que a indústria automotiva poderia realmente evoluir no lado do corpo”, disse ele. Foi um desafio para os operadores humanos manipular “aquelas gigantes e grandes pistolas de solda” e alcançar cegamente o veículo e aplicar vários pontos de solda “que você não sabia se eram bons ou ruins.

“Uma vez que a tecnologia robótica decolou, eles puderam projetar veículos de forma um pouco diferente, [com] montagem mais complexa”, continuou ele. “Além disso, tendo um melhor controle sobre a qualidade, o que permitiu reduzir de fato a quantidade de solda e componentes estruturais, fez com que a montagem dos veículos evoluísse para onde estamos hoje. Esses foram os estágios iniciais.”

Hoje, robôs e automação estão subsidiando a mão de obra, e há escassez de mão de obra para fabricantes e fornecedores, segundo Finazzo.

“Então agora você pode pegar uma pessoa e essa pessoa pode ser responsável por quatro, cinco [robôs] colaborativos e você realmente aumentou sua eficiência... Quando falamos com construtores de carros tradicionais, a flexibilidade necessária é muito mais do que costumava ser no passado”, disse.

Robôs colaborativos estão sendo notados na indústria automobilística. “Dois fatores-chave que impulsionam o interesse da indústria automotiva em robôs colaborativos são velocidade e custo”, disse Darrell Paul, gerente de marketing de robótica e controle de movimento da Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. “Os robôs colaborativos podem ser implementados mais rapidamente e em ambientes de fabricação existentes. Esses robôs também têm a capacidade de trabalhar com células e operadores de fabricação existentes, o que elimina a necessidade de custos estruturais ou de infraestrutura adicionais.”

A empresa apresentou seu novo cobot da série TM na CES deste ano em Las Vegas. De acordo com a Omron, o robô, que possui um sistema de visão, permite partidas e trocas rápidas. A Omron também afirma que o software do robô permite que ele seja treinado para diferentes tarefas.

No Advanced Manufacturing Center da Ford, existem robôs fabricados pela FANUC, ABB, Universal Robots e KUKA Robotics.

“Muito do trabalho que é feito em nossas fábricas não requer um robô industrial que tenha o nível de alcance e carga útil que os robôs industriais basicamente abordam”, disse Mikula, da Ford. “Os robôs colaborativos fornecem uma pequena área de fabricação e podem ser incorporados com segurança em e entre nossos técnicos e nossas instalações sem ter que construir uma infraestrutura significativa” de proteção.

“Com um robô colaborativo, você pode ter uma solução muito mais simples; [você pode] trazer o trabalho para o robô para que o robô possa realizar o trabalho com segurança e de maneira confiável”, continuou Mikula.

“Nossas instalações de fabricação são muito caras para modificar”, disse ele. “O conteúdo em nossos veículos continua a aumentar. O esforço [necessário] para montar motores, transmissões, baterias e veículos continua aumentando ao longo do tempo. Então, onde podemos acomodar esse conteúdo adicional e introduzir automação para fazê-lo… para garantir que entregamos aos nossos consumidores o produto da mais alta qualidade possível a um preço acessível, é aí que os robôs colaborativos realmente se encaixam na equação.”

Do ponto de vista dos fornecedores de robôs, há muita pressão para o desempenho.

“Com o setor automotivo, a velocidade de chegada ao mercado é muito importante”, disse Finazzo. “Há dez anos, seria um grande sucesso lançar um novo caminhão em 18 meses. Agora, eles ficam tipo, 'uau, precisamos fazer isso em 12 meses'.

Ajuste de fornecedores automotivos

Alguns fornecedores automotivos se ajustaram ao aumento do uso de cobots e ao ritmo mais rápido.

A Inficon, com sede em Bad Ragaz, na Suíça, fabrica dispositivos de inspeção automotiva para sistemas automotivos. A empresa viu seus equipamentos serem implantados com robôs menores e colaborativos. Os dispositivos Inficon são usados ​​para detectar vazamentos de umidade ou gases. Com robôs colaborativos, a Inficon tem mais oportunidades para que seus dispositivos sejam acoplados a robôs. Os produtos Infincon agora são usados ​​para detectar umidade em sistemas de veículos elétricos.

“Isso é algo em que estamos trabalhando há cinco a sete anos”, disse Thomas Parker, gerente de vendas automotivas norte-americanas da Inficon.

Robôs colaborativos facilitam a implantação de dispositivos Inficon. “Estamos fazendo muita educação para os clientes sobre o que é possível com um robô colaborativo, o que é possível com um robô de seis eixos. Há muita educação por parte da minha equipe.”

A Hydromat Inc., fabricante de máquinas-ferramentas cujos clientes incluem clientes automotivos, ajustou-se às tendências do setor.

Com a Hydromat, “a automação tornou-se mais interativa”, disse Kevin Shults, diretor de marketing da empresa sediada em Maryland Heights, Missouri. “Para os trabalhadores, os sistemas tornaram-se mais interativos entre os operadores e as máquinas-ferramenta que executam. Programar na máquina é mais comum.”

Mudanças na indústria automobilística significam “mudanças mais frequentes”, disse Shults. “As trocas precisam ser mais rápidas.”

Shults acrescentou:“A automação é essencial na busca de oferecer aos nossos clientes automotivos as famílias de várias peças que lhes proporcionam diversidade e lucros de produtos”.

Ajuste dos Trabalhadores

Esforços estão em andamento para melhorar as habilidades dos trabalhadores à medida que a indústria automobilística se torna mais sofisticada.

AIDT, o programa de treinamento da força de trabalho do Alabama, está tentando intensificar seus esforços de treinamento de trabalhadores à medida que o emprego na indústria automobilística se torna mais sofisticado. Os funcionários das fábricas vêm às instalações da AIDT em Tanner, Alabama, perto de Huntsville para sessões de treinamento.

O Alabama abriga várias fábricas de montagem de veículos. O estado também tem fábricas aeroespaciais. Como resultado, o Alabama está tentando melhorar seu treinamento em manufatura. Em janeiro, uma delegação do Alabama visitou a sede de Detroit da Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT),
instituto Manufacturing USA que reúne empresas e acadêmicos para aprimorar a tecnologia de redução de peso para fabricação.

“O Alabama [está] evoluindo na fabricação”, disse Kristi Bain, diretora assistente da AIDT.

“Temos que trabalhar em um cenário de manufatura avançada”, disse Ed Castle, vice-secretário de comércio do Alabama na comissão de desenvolvimento da força de trabalho dessa agência. “Para nós, é uma equação simples. Qual é a necessidade e como você define essa necessidade?”

Mikula, da Ford, disse que essas tendências refletem como a fabricação de automóveis é mais atraente do que antes.

“É um lugar realmente emocionante para se estar”, disse ele. “É um lugar muito divertido de se estar.”