Desbloqueando Benefícios Ocultos da Automação Robótica na Manufatura

Para ver por que a Stabiltec comprou um robô, você nem precisa entrar na fábrica. Do lado de fora da instalação de produção da empresa em Parks, Louisiana, uma placa proeminente de "Contratando" lista "Operadores CNC" no topo das posições abertas. A placa quase certamente permanecerá lá enquanto negócios fortes continuarem na indústria de petróleo e gás, o mercado que a Stabiltec atende. A empresa instalou um robô como forma de manter suas máquinas-ferramenta alimentadas enquanto usa seus recursos limitados de mão de obra da forma mais eficiente possível, porque o empregador não consegue preencher todas as posições de manufatura especializadas justificadas pela atividade atual de negócios.

Na verdade, o co-proprietário Keith Boutte diz que a fábrica quase certamente comprará outro robô. Os benefícios inesperados da mudança da empresa para automação tornaram o investimento significativamente mais lucrativo do que qualquer um dos dois esperava.

Simples Demais para Equipe Especializada

A Stabiltec fabrica uma gama de ferramentas de fundo de poço para perfuração de petróleo e gás. Essa gama em si é parte do que torna o fabricante distinto. A empresa que se tornaria Stabiltec foi fundada há 25 anos, mas uma série de aquisições nos últimos 3 anos a transformou em fabricante de fonte única não apenas de componentes para perfurar o poço, mas também de hardware de diagnóstico para medir e avaliar o poço.

Perfuração direcional é uma especialidade. A Stabiltec fornece peças usinadas para sistemas de perfuração de petróleo e gás que entram no solo verticalmente, mas alcançam reservas subterrâneas horizontalmente através de arqueamento gradual da broca. Boutte projeta componentes de sistemas de perfuração direcional de acordo com as várias necessidades de diferentes OEMs que oferecem produtos de perfuração direcional.

O desafio na fabricação desses componentes é que algumas peças exigem usinagem especializada. Seções de carcaça subterrânea que curvam até 3 graus são usinadas através de operações de torneamento que requerem setups incomuns no torno. Especificamente, após uma extremidade da peça ser torneada reta, a outra extremidade é torneada para ser deliberadamente "torta" por meio de um setup descentrado da linha central. Assim, uma quantidade de runout e afastamento do paralelismo que seria considerado erro extremo na maioria das peças torneadas é deliberadamente usinada nestes componentes. Operadores especializados têm que rodar peças como estas.

O problema da Stabiltec era que esses funcionários especializados estão em falta, e outro trabalho de usinagem estava consumindo muito do tempo deles. Peças de transmissão eram o exemplo principal. Estas peças são componentes do que é, essencialmente, uma junta universal permitindo que a broca subterrânea continue girando enquanto curva gradualmente. As peças de transmissão não são menos críticas nem menos valiosas que as seções de carcaça, mas os setups das peças de transmissão são muito mais diretos. A Stabiltec estava perdendo muita capacidade de mão de obra para o trabalho relativamente não especializado de manobrar essas peças nas máquinas-ferramenta usando ponte rolante. Uma vez que os gestores reconheceram que não podiam preencher sua necessidade de capacidade de mão de obra especializada através de contratação, determinaram liberar sua capacidade de mão de obra existente automatizando etapas como esta.

Mas qual era a forma certa de automatizar? A empresa diz que automação robótica não foi a primeira escolha considerada.

Razões para uma Célula Robótica

Embora as peças de transmissão variem consideravelmente de cliente para cliente, o que todas têm em comum é alguma combinação de torneamento, fresamento e furação. Por esse motivo, os líderes da empresa inicialmente pensaram que multitarefa seria a forma certa de alcançar usinagem mais eficiente em mão de obra. Anteriormente, usinar cada peça envolvia operações tanto em torno quanto em centro de usinagem. Mudar para uma máquina capaz de fazer torneamento, fresamento e furação em um ciclo deixaria apenas uma máquina-ferramenta para carregar a peça. O papel do operador seria, portanto, reduzido.

No entanto, análise mais detalhada revelou que multitarefa não era a solução ideal para esta aplicação. Uma deficiência era custo. Devido a operações de furação e mandrilamento de furo passante, a máquina precisaria ter cursos longos para acomodar ferramentas longas. Uma máquina multitarefa grande o suficiente para fazer o trabalho custaria o mesmo que o preço combinado que a Stabiltec acabou pagando pelo robô, torno e centro de usinagem que agora fazem este trabalho.

Outra deficiência era produtividade. A máquina multitarefa podia torneando uma peça ou fresando, mas não podia fazer ambas as operações ao mesmo tempo. Permitir que o trabalho permanecesse dividido entre torno e centro de usinagem seria mais produtivo, porque as máquinas podiam realizar estas operações simultaneamente em peças diferentes. Carregamento robótico repetível removeria o risco de erros de manuseio ou setup típicos de processos envolvendo múltiplas máquinas.

O argumento final a favor de uma célula robótica voltou à capacidade de mão de obra. Uma máquina multitarefa reduziria a necessidade de mão de obra, mas a máquina ainda teria um operador carregando-a. Em contraste, a célula robótica permitiria à oficina eliminar mão de obra por longos períodos na usinagem dos componentes de transmissão.

Agora, estas peças rodam em uma célula na qual um robô FANUC Robotics R-2000iB com capacidade de 165 kg carrega e descarrega tanto um torno CNC Mighty USA Viper VT36CL-2000 quanto um centro de usinagem vertical Haas VF-5XT. A empresa justificou a célula inteira com base em liberar operadores durante o dia e continuar produção à noite. Uma vez que a célula estava funcionando, a empresa começou a ver outras fontes muito reais de retorno da produção automatizada.

Benefícios Inesperados

Esses benefícios adicionais incluem todos os seguintes:

1. Melhores preços para contratos. A Stabiltec usa o robô em modo de alta mistura, baixo volume. Quantidades de pedidos são frequentemente tão pequenas quanto 10 peças. No entanto, quando a oficina tem o luxo de rodar uma quantidade estável, a produção consistente do robô permite prever confiavelmente timing e custos. Essa previsibilidade permite uma margem mais apertada. Como resultado, a diferença de preço entre usinagem de curto prazo e produção por contrato é maior para a célula robótica do que para qualquer outro recurso de produção. Com base na economia de preço, alguns clientes que nunca haviam se comprometido com contratos de produção anual o fizeram agora com a Stabiltec.

2. Insourcing mais fácil. Ao expandir capacidade para peças de transmissão, a célula robótica permitiu que a empresa trouxesse de volta para dentro várias outras peças que haviam sido terceirizadas para fornecedores. Anteriormente, a empresa terceirizava tanta usinagem que trazer este trabalho para dentro aparentemente exigiria algo como seis novas máquinas e seis novos funcionários para atendê-las. A célula robótica mudou este cenário. A célula automatizada essencialmente representa uma grande quantidade de capacidade potencial concentrada em um sistema compacto. Essa capacidade concentrada e simplificada pode absorver muito trabalho, permitindo muito insourcing.

3. Proteção de PI do cliente. A Stabiltec não vende diretamente para campos de petróleo; produz peças para OEMs. Isso significa que a oficina tem acesso aos designs dos OEMs antes do resto do mercado. Manter esses designs próximos limitando terceirização ajuda a oficina a obter confiança do cliente. Assim, a capacidade de insourcing que o robô fornece não é apenas vantagem de eficiência, mas também vantagem de marketing.

4. Abertura mais fácil para negócios adicionais. As necessidades de usinagem dos componentes de transmissão os tornaram alvos lógicos para automação, mas a Stabiltec logo descobriu que seu lugar no mercado também os tornava ideais para produção na célula robótica. A Stabiltec é conhecida por perfuração direcional, e a empresa é frequentemente procurada por OEMs querendo produzir sistemas de transmissão de perfuração direcional com novos designs. Produzir este produto principal eficazmente ajuda a empresa a construir relacionamentos, e os relacionamentos frequentemente levam a oportunidades de negócios adicionais. Em outras palavras: Use automação para fazer o melhor trabalho possível na peça que colocará seu pé na porta.

5. Maior flexibilidade. Pode parecer contra-intuitivo, mas a empresa diz que as máquinas carregadas por robô são mais flexíveis que aquelas supervisionadas por funcionários. Isso porque o robô é capaz de "aprender" um novo processo instantaneamente. Humanos não fazem isso. Um funcionário humano precisa ser treinado e transicionado gradualmente para um conjunto alterado de procedimentos, mas um robô pode ser reimplantado e reprogramado em um dia, sem nunca voltar a hábitos ultrapassados.

Exatamente essa mudança está prestes a acontecer, diz ele. Atualmente, muita usinagem das peças de transmissão ocorre no torno. O centro de usinagem frequentemente fica esperando. Portanto, a Stabiltec adicionará um torno adicional para dividir o trabalho de torneamento nesta célula. O robô será reprogramado para transferir trabalho entre estas três máquinas em vez das atuais duas. Este novo torno não precisará ser tão grande quanto o atual porque toda a furação e mandrilamento de ferramentas longas permanecerão com esta primeira máquina. Assim, pelo preço de uma máquina-ferramenta relativamente barata, a oficina realizará ainda mais da produtividade potencial da célula automatizada.

Mais Capacidade Vindo

Soldagem é provavelmente a próxima candidata para automação robótica, diz Boutte. Similar à usinagem, certas operações de soldagem envolvem tarefas simples e repetitivas que tiram um funcionário de trabalho de maior habilidade. Na área de usinagem, o robô demonstrou o valor de automatizar essas tarefas simples. De fato, o único lugar onde o robô é como um funcionário humano é no sistema ERP Global Shop Solutions da oficina. A oficina deu ao robô um código de funcionário dentro deste software para rastrear o desempenho do robô como substituto para carregamento e descarregamento manual. Baseado neste rastreamento, a empresa pode dizer que o robô reduziu o custo de mão de obra associado à usinagem de peças de transmissão em 76% enquanto aumentou a capacidade de usinagem de peças de transmissão em 49%.

Ainda há mais capacidade a ser ganha. Após o segundo torno ser adicionado, Boutte diz que a limitação remanescente mais significativa será espaço no chão. Que um fator tão simples possa ser tão importante pode parecer surpreendente, mas no caso da Stabiltec, esta limitação provou ser limitante de fato. Simplificando, há apenas tanto espaço para colocar estoque dentro do alcance do robô. Como resultado, este espaço dita quanta produção a célula pode entregar. De fato, é por causa desta limitação que a célula ainda não rodou por 24 horas completas — comumente rodando 16 a 20 horas por dia. Para superar este obstáculo simples, a empresa está explorando uma solução simples: um sistema de rack vertical que aumentará dramaticamente a produção da célula.