Aproveitando simulações cinemáticas 3D para engenharia de manufatura avançada

09
Setembro

Engenharia de Manufatura usando Simulações Cinemáticas 3D (Mundo Real)

• Por:Brian McMorris
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A missão da Futura Automation é e tem sido:  “Aconselhar e apoiar os fabricantes norte-americanos sobre os benefícios da Indústria 4.0 através da implementação de IIOT e soluções robóticas”.  A equipe de consultoria da Futura Automation possui diversas formações e experiências.  Como equipe, temos engenheiros formados, em alguns casos com formação avançada, em engenharia química, elétrica, de manufatura, mecânica e de controles, bem como em física, matemática e ciências da computação.  Muitos membros da equipe têm experiência em programação e aplicação de robótica, juntamente com TI, ERP, MES, acionamentos de motores eletrônicos, movimentos e controles programáveis.  Estamos bem equipados para ajudar nossos clientes com seus requisitos avançados de design de fabricação.

Objetivos do cliente:

Os clientes da Futura Automation buscam melhorias de qualidade e produtividade em suas operações fabris para atender aos objetivos corporativos.  Com a escassez de mão-de-obra agora e no futuro próximo, a automação e a robótica são cada vez mais vistas como a resposta para reduzir custos e melhorar a produtividade.  Mas os robôs não podem substituir diretamente todo o trabalho humano.  Na maioria das vezes, as tarefas devem ser simplificadas para um robô, que carece da inteligência, do julgamento, da inovação e da destreza de um operador humano.  A Futura Automation trabalhará com os KPIs (Key Performance Indicators) do cliente para direcionar soluções que atendam a esses KPIs.

Soluções:

É melhor para nossos clientes quando a Futura Automation pode auxiliar no projeto do processo de fabricação no início do processo de desenvolvimento e pode ajudar os clientes a reimaginar o processo para ser mais eficiente e eficaz.  A chave para melhorar as práticas de fabricação é a simulação do mundo real, para que a eficácia de várias soluções possa ser testada em um mundo virtual.  A Futura Automation, com seu software de simulação parceiro OCTOPUZ, pode fornecer simulações cinemáticas (do mundo real) para todos os tipos de equipamentos de fabricação, até o nível de programação de máquinas e robôs.  Seremos capazes de identificar soluções que mantenham o relacionamento entre cada processo de fabricação dentro do sistema.  A solução deve simular com precisão capacidades e gargalos dentro do sistema e fazê-lo de forma “cinematicamente” precisa, levando em consideração as massas do equipamento e do produto e as restrições físicas do mundo real.  A solução também deve ser capaz de mostrar como as alterações feitas em cada subsistema de produção impactam a operação geral de produção.

Implementação

A otimização da produção requer uma análise completa de todo o processo de produção atual e uma reimaginação de como o processo pode ser melhorado através da alteração dos processos de produção, do fluxo de trabalho, do layout da fábrica, das máquinas e da implementação de IIOT, automação e robótica.  A seguir estão alguns aspectos principais que seriam necessários em uma solução robusta:

O que uma solução de otimização de produção deve oferecer?

• Logística:  como os componentes chegam dos produtores às instalações de fabricação e os produtos acabados saem?
• Armazenamento:  como os componentes são armazenados nas instalações para minimizar o tempo de manuseio e transporte?
• Movimento de materiais:  como os materiais são transportados do armazenamento para a área de produção, por transportador de piso ou suspenso, empilhadeira ou veículo autônomo?
• Montagem de componentes:como os componentes são montados e inspecionados, com um mínimo de mão de obra, para atender aos requisitos de fabricação do projeto em termos de produtividade e qualidade?
• Acabamento de Componentes:Como os produtos montados são pintados, polidos ou acabados, se não for feito antes da montagem?
• Embalagem de fim de linha:  como os produtos acabados são embalados para envio em caixas, caixas, paletes e com cintas ou embalagens?
• RH: níveis de pessoal humano, qualificações, treinamento e tecnologias de equipamentos necessários para executar a solução?
• Inventário: análise de inventário otimizada a partir de dados históricos e em tempo real para reduzir o inventário sem perder o suporte para alteração ou personalização de produtos
• Gerenciamento de pedidos:otimize a programação e o sequenciamento da solução de fabricação para minimizar o tempo de configuração e troca
• Como as simulações são visualizadas e comunicadas a todas as partes interessadas?
• Como as mudanças no fluxo de trabalho do processo podem ser avaliadas e implementadas?
• Quais são os sistemas de Tecnologia da Informação (TI) que vinculam os processos de fabricação e cada subprocesso ao sistema de front office (ERP)?

KPIs para otimizar processos de fabricação

Com múltiplos objetivos potenciais e concorrentes dentro da operação geral de produção, é preciso garantir que cada KPI ou meta individual contribua para a eficiência geral da produção. A seguir estão oportunidades potenciais de melhoria de fabricação que uma solução de simulação cinemática pode oferecer:

• Análise de utilização de estoque
• OEE ou alocação de recursos
• Alocação de mão de obra ou análise de produtividade
• Fluxo de materiais e restrições
• Tempo de atividade do equipamento e agendamento de manutenção
• Análise da capacidade da planta e planejamento de expansão
• Objetivos do Controle de Qualidade; ou seja, “6 Sigma”
• Visibilidade do desempenho da fábrica; ou seja, painéis
• Atualizações de fabricação e simulações de ROI de aquisição de equipamentos
• Treinamento de monitoramento de desempenho trabalhista de RH
• Programação e balanceamento de produção

Ao trabalhar no sentido da melhoria operacional, é importante medir as compensações entre uma alternativa e outra, ou um conjunto de outras alternativas. Isso pode ser e tem sido conseguido com ferramentas de análise estática, como planilhas. Mas essas ferramentas de “estado único” não têm em conta a dinâmica dos processos de fabrico, pessoas, materiais, equipamentos e sistemas tipicamente inter-relacionados presentes na maioria das operações de fabrico.

A Solução – Simulação Cinemática

A simulação cinemática permite não só a análise de vários cenários de produção e tipos de equipamentos, mas também testar o desempenho ideal antes da aquisição e configuração dos referidos equipamentos. Uma ampla gama de cenários pode ser desenvolvida e testada em dias ou semanas, em vez de engenharia estática, avaliação e compra de equipamentos, implantação e treinamento que podem levar meses ou anos. Isso permite que o usuário interaja com o ambiente virtual e teste, “on-the-fly”, toda e qualquer alteração em layouts, processos, pessoas, equipamentos, implementações de automação, cronogramas, opções de estoque, padrões de sequenciamento e praticamente qualquer alteração que você possa imaginar que possa ter um impacto positivo na operação, sem o risco e o custo de testar alterações em um ambiente ativo. a simulação cinemática permite ao usuário flexibilidade para visualizar alterações em tempo real, economizando tempo e dinheiro. A previsão proativa de eventos futuros permite ao usuário a liberdade de experimentar diferentes cenários, promovendo tomadas de decisão proativas e economicamente vantajosas.

OCTOPUZ é o software inteligente de programação de robôs offline e #cinematic_simulation ideal para qualquer aplicação sensível ao caminho.  Além da simulação cinemática, a OCTOPUZ adotou uma abordagem revolucionária à programação robótica, combinando a programação offline de robôs com a simulação do processo de fabricação.  OCTOPUZ fornece uma solução convencional, versátil, poderosa e eficaz para qualquer desafio de simulação de robô ou fabricação.

Construção de modelo de simulação:

Normalmente, um layout CAD, 2D ou 3D, de qualquer número de ferramentas de desenvolvimento CAD, será importado para o modelo para visualização da mão de obra e do fluxo de trabalho. Em seguida, processos, conexões/transportadores, caminhos de deslocamento e outros dados definidos serão inseridos no modelo. Os modelos são construídos graficamente, sem a necessidade de escrever código. Esta é uma distinção importante entre ambientes de simulação tradicionais e cinemáticos. A definição de cronogramas, sequências, processos e outros é historicamente feita manualmente.   Tornou-se cada vez mais importante, com o avanço da tecnologia e o maior custo de mão-de-obra da concorrência global, interagir em tempo real com o sistema ERP de entrada de pedidos (demanda) para inserir o mix de produtos, roteamento e outros dados relevantes para o modelo de produção com o objetivo de ajustar os processos.  A simulação permite previsões “Monte Carlo” testando múltiplas soluções de produção, incluindo adição, subtração ou realocação de equipamentos.  Esta previsão proativa permite ao usuário ver cenários projetados com base em dados de entrada reais coletados e também previstos.  O usuário tem a capacidade de interagir com o modelo de simulação enquanto ele ainda está em execução, economizando tempo e fornecendo feedback imediato. O usuário pode então utilizar essas informações para compreender melhor os possíveis resultados, vantagens e desvantagens das mudanças e, em última análise, selecionar o curso de ação mais lógico, eficiente, viável e economicamente vantajoso. Análise de otimização integrada e visualização 2D e 3D tornam nossa solução de simulação cinemática ideal para as necessidades de otimização de fabricação de nossos clientes.

Benefícios:

A simulação cinemática fornece instantaneamente, por meio de relatórios integrados e análise de cenários, feedback sobre os ganhos de eficiência no ponto de ataque, bem como sobre como a mudança se propaga por todo o sistema. O Simcad permite aos usuários definir como a operação aumentará ou diminuirá com base nas mudanças na demanda, reagirá a interrupções no fornecimento, tanto planejadas quanto não planejadas, e como as mudanças no mix de produtos impactarão a operação como um todo. Além disso, a simulação cinemática beneficia o usuário em termos de permitir uma infinidade de alterações no sistema em um ambiente virtual onde o usuário não tem os custos extensivos associados à tentativa e erro ou ao longo e demorado processo de utilização de planilhas Excel, por exemplo. Uma simulação cinemática permite ao usuário a oportunidade de verificar e definir cronogramas ideais, obter atualizações ao vivo para aumentar o controle da produtividade, bem como reproduzir cenários hipotéticos para otimizar recursos, equipamentos, cronogramas e produção. A simulação cinemática permite ao usuário manter relações durante toda a fabricação, a fim de compreender melhor como diferentes mudanças afetam todo o sistema. O usuário também pode analisar possíveis diferenças de eficiência com base na automação versus trabalho manual. O melhor caminho para a produção pode ser estabelecido, a fim de aumentar a produtividade e reduzir o tempo sem valor agregado. Através da Futura Automation e do ambiente de simulação cinemática da OCTOPUZ, tudo isso e muito mais pode ser feito com a orientação da Futura Automation.

Conclusões

A simulação cinemática é uma ferramenta viável e precisa usada na compreensão das restrições atuais de fabricação, identificando os efeitos das mudanças nas máquinas e nos processos, culminando na visualização e comunicação do impacto da mudança do ambiente de fabricação atual para o futuro.

Vantagens e benefícios de um ambiente de simulação cinemática

• A Futura Automation oferece uma equipe de profissionais de engenharia altamente experientes e qualificados que ajudarão a desenvolver os detalhes de uma simulação de processo de fabricação
• Futura Automation fornece uma variedade de recursos para auxiliar na tomada de decisões financeiras e operacionais
• A Futura Automation pode implementar sistemas IOT e MES integrados por meio de interfaces Tulip para complementar um ambiente de fabricação automatizado
• OCTOPUZ inclui uma biblioteca CAD com mais de 2 milhões de componentes de modelos de robôs, máquinas e ferramentas que podem ser importados rapidamente com cinemática habilitada para simulação de processos
• OCTOPUZ fornece
  • Conectividade em tempo real com fontes de dados externas para garantir cálculos precisos
  • Alterações interativas “on-the-fly” nos equipamentos de fabricação e no fluxo do sistema
  • Programação do robô na linguagem nativa do fabricante (maioria das principais marcas) e depois pode ser baixada para robôs do mundo real
  • Atualizações ao vivo na Internet para reuniões virtuais de revisão de engenharia
  • Análise enxuta dinâmica para previsões de produção

A simulação cinemática para modelagem de manufatura é o futuro.  A Futura Automation é seu parceiro de engenharia treinado e altamente capacitado para mostrar o caminho para esse futuro, ajudando em todos os aspectos do ambiente de fabricação, incluindo os aspectos de custo e retorno financeiro do processo.