As vantagens inesperadas da Automação robótica

Para ver por que a Stabiltec comprou um robô, você nem precisa entrar na fábrica. Do lado de fora das instalações de produção da empresa em Parks, Louisiana, uma placa proeminente de “Agora contratando” lista “maquinistas CNC” no topo da lista de posições em aberto. O sinal quase certamente permanecerá lá enquanto os 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 utiliza seus recursos de mão de obra limitados da maneira mais eficiente possível, porque o empregador não pode preencher todos os cargos de fabricação qualificados que seriam justificados pela atividade comercial atual.

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

Muito simples para funcionários qualificados

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 a Stabiltec foi fundada há 25 anos, mas uma série de aquisições nos últimos 3 anos a transformou em um fabricante de fonte única não apenas de componentes para a perfuração do furo, mas também de hardware de diagnóstico para medição e avaliação da buraco.

Perfuração direcional é uma especialidade. A Stabiltec fornece as peças usinadas para sistemas de perfuração de petróleo e gás que entram no solo verticalmente, mas atingem as reservas subterrâneas horizontalmente através do arco gradual da broca. O Sr. Boutte projeta componentes do sistema 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 das peças exigem usinagem qualificada. Seções de carcaça subterrâneas que dobram em até 3 graus são usinadas por meio de operações de torneamento que exigem configurações incomuns no torno. Especificamente, depois que uma extremidade da peça é girada em linha reta, a outra extremidade é girada para ficar deliberadamente “torta” por meio de uma configuração que é deslocada da linha central. Assim, uma quantidade de desvio e desvio do paralelismo que seria considerado um erro extremo na maioria das peças torneadas é deliberadamente usinada nesses componentes. Operadores habilidosos precisam operar peças como essas.

O problema da Stabiltec era que esses funcionários qualificados estavam em falta e outros trabalhos de usinagem estavam consumindo muito tempo. As peças de transmissão foram o principal exemplo. Essas peças são componentes do que é, em essência, uma junta universal que permite que a broca subterrânea continue girando enquanto se curva gradualmente. As peças de transmissão não são menos críticas e não menos valiosas do que as seções de carcaça, mas as configurações das peças de transmissão são muito mais diretas. A Stabiltec estava perdendo muita capacidade de mão de obra para o trabalho relativamente não qualificado de manobrar essas peças nas máquinas-ferramentas usando uma ponte rolante. Uma vez que os gerentes da empresa reconheceram que não poderiam preencher sua necessidade de mão de obra qualificada por meio da contratação, eles decidiram liberar sua capacidade de mão de obra existente automatizando etapas como esta.

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

Razões para uma célula robótica

Embora as peças de transmissão variem consideravelmente de cliente para cliente, o que todas elas têm em comum é uma combinação de torneamento, fresamento e furação. Por esse motivo, os líderes da empresa pensaram inicialmente que a multitarefa seria o caminho certo para obter uma usinagem mais eficiente em termos de mão de obra. Anteriormente, a usinagem de cada peça envolvia operações em um torno e um 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, uma análise mais detalhada revelou que a multitarefa não era a solução ideal para esta aplicação. Um defeito foi o custo. Devido às operações de perfuração e mandrilamento de furos passantes, a máquina precisaria ter longos deslocamentos para acomodar ferramentas longas. Uma máquina multitarefa grande o suficiente para fazer o trabalho custaria o mesmo que o preço combinado que a Stabiltec pagou pelo robô, torno e centro de usinagem que agora fazem esse trabalho.

Outra deficiência foi o rendimento. A máquina multitarefa pode girar uma peça de trabalho ou fresá-la, mas não pode fazer as duas operações ao mesmo tempo. Permitir que o trabalho ficasse dividido entre um torno e um centro de usinagem seria mais produtivo, pois as máquinas poderiam realizar essas operações simultaneamente em peças diferentes. O carregamento repetitivo do robô eliminaria o risco de manipulação ou erros de configuração típicos de processos envolvendo várias máquinas.

O argumento final a favor de uma célula robótica voltou-se para a capacidade de trabalho. Uma máquina multitarefa reduziria a necessidade de mão de obra, mas a máquina ainda teria um operador carregando-a. Por outro lado, a célula robótica permitiria que a fábrica dispensasse o trabalho por longos períodos de tempo na usinagem dos componentes da transmissão.

Agora, essas peças são executadas em uma célula na qual um robô FANUC Robotics R-2000iB com capacidade de 165 kg carrega e descarrega um torno CNC Mighty USA Viper VT36CL-2000 e um centro de usinagem vertical Haas VF-5XT. A empresa justificou toda a célula com base na liberação de operadores durante o dia e na continuidade da produção durante a noite. Uma vez que a célula estava funcionando, no entanto, a empresa começou a ver outras fontes muito reais de retorno da produção automatizada.

Benefícios imprevistos

Esses benefícios adicionais incluem todos os seguintes:

1. Melhor preço para contratos . A Stabiltec está usando o robô em um modo de alta mistura e baixo volume. As quantidades de pedidos costumam ser tão pequenas quanto 10 peças. No entanto, quando a oficina tem o luxo de operar uma quantidade constante, a produção consistente do robô permite que a oficina preveja com segurança o tempo e os custos. Essa previsibilidade permite uma margem mais apertada. Como resultado, a diferença de preço entre a usinagem de curto prazo e a 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 anuais de produção agora o fizeram com a Stabiltec.

2. Insourcing mais fácil . Ao expandir a capacidade de peças de transmissão, a célula robótica permitiu que a empresa trouxesse várias outras peças que haviam sido adquiridas para fornecedores internos. Anteriormente, a empresa terceirizava tanta usinagem que trazer esse trabalho internamente aparentemente exigiria algo como seis novas máquinas e seis novos funcionários para atendê-las. A célula do robô mudou essa imagem. A célula automatizada representa essencialmente 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 IP do cliente . A Stabiltec não vende diretamente para os campos de petróleo; produz peças para OEMs. Isso significa que a loja tem acesso aos designs dos OEMs antes do resto do mercado. Manter esses projetos próximos, limitando a terceirização, ajuda a loja a obter a confiança do cliente. Assim, a capacidade de insourcing que o robô oferece não é apenas uma vantagem de eficiência, mas também uma 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 a produção na célula robótica. A Stabiltec é conhecida pela perfuração direcional, e a empresa é frequentemente procurada por OEMs que desejam produzir sistemas de transmissão de perfuração direcional para novos projetos. A produção desse produto principal ajuda efetivamente a empresa a construir relacionamentos, e os relacionamentos geralmente levam a oportunidades de negócios adicionais. Em outras palavras:use a automação para fazer o melhor trabalho possível na parte que colocará seu pé na porta.

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

Tal mudança está prestes a acontecer, diz ele. Atualmente, grande parte da usinagem das peças de transmissão ocorre no torno. O centro de usinagem é frequentemente deixado esperando. Portanto, Stabiltec adicionará um torno adicional para dividir o trabalho de torneamento nesta célula. O robô será reprogramado para transferir trabalho entre essas três máquinas em vez das duas atuais. Este novo torno não terá que 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 perceberá ainda mais a produtividade potencial da célula automatizada.

Mais capacidade chegando

A soldagem provavelmente será o próximo candidato à automação robótica, diz Boutte. Semelhante à usinagem, certas operações de soldagem envolvem tarefas simples e repetitivas que afastam um funcionário do trabalho de alta qualificação. Na área de usinagem, o robô demonstrou o valor de automatizar essas tarefas simples. De fato, o único lugar em que o robô é como um funcionário humano é no sistema ERP Global Shop Solutions da loja. A oficina forneceu ao robô um código de funcionário dentro deste software para que ele possa rastrear o desempenho do robô como substituto do carregamento e descarregamento manual. Com base nesse 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 conquistada. Depois que o segundo torno for adicionado, o Sr. Boutte diz que a limitação remanescente mais significativa será o espaço físico. Que um fator tão simples possa ser tão importante pode parecer surpreendente, mas no caso da Stabiltec, essa limitação provou ser realmente limitante. Simplificando, há muito espaço para colocar o estoque ao alcance do robô. Como resultado, esse espaço determina quanta produção a célula pode fornecer. Na verdade, é por causa dessa limitação que a célula ainda precisa funcionar por 24 horas completas - geralmente executando de 16 a 20 horas em um dia. Para superar esse simples obstáculo, a empresa está explorando uma solução simples:um sistema de rack vertical que aumentará drasticamente a produção da célula.