Robótica Avançada: Transformando a Manufatura Industrial para Maior Flexibilidade

Rahav Madvil e Noam Ribon, da Siemens, examinam o surgimento da robótica avançada na manufatura industrial.

Personalização e flexibilidade são duas das palavras mais quentes na manufatura industrial agora. Clientes querem algo feito só para eles, seja um aftershave personalizado com seu nome no frasco, um veículo com todos os recursos que precisam e nenhum que não precisam, ou um novo telefone com a mais recente antena de rádio para conectividade 5G. Toda essa personalização leva a uma conclusão — a manufatura está se movendo em direção à produção de alta mistura e fabricando milhões de produtos diferentes em lotes muito pequenos.

Ao mesmo tempo, muitos produtos feitos hoje são complexos demais para tecnologias de automação estabelecidas sozinhas, forçando fabricantes a aumentar a robótica tradicional com montagem manual por trabalhadores humanos. Pessoas são valorizadas por sua capacidade de entender e contabilizar mudanças em um processo muito rapidamente. Mas e se essa flexibilidade fosse incluída em processos automatizados?

Um sistema de produção flexível e automatizado (até autônomo) é o Santo Graal para muitos fabricantes que desejam superar o desafio da crescente complexidade de produtos e simultaneamente atender demandas por maior personalização. A capacidade de mudar rapidamente a produção de um produto para outro será uma característica definidora de negócios no caminho para tamanhos de lote de um e os produtos altamente personalizáveis do amanhã.

Pequenos tamanhos de lote não são inerentemente um problema, mas processos de produção atuais não podem acomodar facilmente isso sem grandes investimentos em uma infraestrutura cada vez mais complexa. Para evitar esse problema de investimentos exponenciais, que podem ou não resolver o problema, muitas empresas estão procurando uma abordagem mais flexível para a produção. Como fabricantes podem fazer múltiplos produtos eficientemente com mudanças mínimas no chão de fábrica entre produtos?

A robótica avançada é a resposta, e muitas empresas já estão no caminho para adoção.

A Jornada da Robótica Avançada

Muitos pisos de fábrica dependem de redes de esteiras transportadoras para transportar tudo, desde matéria-prima a produtos finais. Mas essas redes não foram projetadas para lidar com milhares de produtos diferentes indo para locais constantemente cambiantes necessários em um processo de manufatura multi-produto. E se um sistema de esteira pudesse mudar? Talvez mudar caminhos para evitar áreas congestionadas em uma fábrica? Ou mudar destinos para entregar uma peça de trabalho à estação de usinagem ideal?

Estes são os tipos de problemas que a robótica avançada resolve com o uso de veículos guiados automatizados (AGVs) e robôs móveis autônomos (AMRs) em conjunto com uma plataforma avançada de software, soluções e desenvolvimento de aplicações.

Tipicamente, o objetivo de usar os robôs é entregar material do ponto A ao ponto B com relativa facilidade. Mas não é tão simples quanto apenas introduzir AGVs ou AMRs em uma instalação. Grande parte do valor do investimento vem da otimização e coordenação das tecnologias robóticas avançadas. Em nossa experiência, ajudar empresas a adotar robótica avançada em seus processos de manufatura é uma jornada de quatro estágios.

O estágio um, ou Entrante, é definido pelo uso de robótica de automação fixa ou tecnologias similares onde a maioria das operações são programadas manualmente. Todo planejamento de processo é feito por um humano, possivelmente com auxílio de software, e as tarefas são então atribuídas a robôs específicos para funcionar em locais e tempos específicos. Esta abordagem funciona bem quando produzindo altos volumes, quando mudanças ou modificações em uma linha de produção são mantidas no mínimo. Como cada ação de um robô é explicitamente especificada neste estágio, o robô deve ser tirado off-line quando mudanças são necessárias e reprogramado manualmente. Isso impacta negativamente os tempos de produção.

O segundo estágio é para Veteranos e é o estágio mais comum hoje para fabricantes industriais. É caracterizado pelo uso do gêmeo digital para validação completa do sistema e para construção de algoritmos de controle para toda a linha de produção. Utilizar um gêmeo digital de manufatura fornece insights profundos sobre como prosseguir nos estágios posteriores da jornada, permitindo a simulação de toda a instalação. Melhorias significativas de produtividade neste estágio podem ser alcançadas a partir da atualização concorrente de múltiplos rodando nos mesmos controladores lógicos programáveis, reduzindo tempo de inatividade no chão de fábrica.

Progredindo para o terceiro ou Pioneiro, fabricantes podem começar a automatizar mais do processo de produção. Construído sobre os insights aprendidos do gêmeo digital e aumentado com feedback de sensores IoT, programação baseada em tarefas pode ser implementada para robôs em toda a instalação. Isso reduz muito o tempo necessário para programar robôs para acomodar uma mudança de design ou processo. Comandos simples podem ser usados para ajustar automaticamente o robô baseado em uma calibração de malha fechada entre o ambiente físico e o gêmeo digital.

O estágio final, chamado Visionário, é onde iniciativas de robótica avançada se tornam altamente autônomas, entregando autonomia quase completa dos robôs. Este também é onde AGVs e AMRs se tornam altamente eficazes, substituindo esteiras transportadoras estáticas e um caminho de processo linear com robótica móvel avançada. Agora, mudanças de produção podem ser quase tão simples quanto inserir o número de produtos necessários e quantas variações são necessárias. A partir dessa informação, o sistema determinará o caminho ideal de como produzir o lote desejado.

O software agora determina quantas peças são necessárias da sala de armazenamento B, por exemplo, ou qual estação de usinagem será capaz de acelerar mais rápido para produzir o lote. E, se a escolha primária estiver em manutenção, qual é a próxima melhor opção. Os limites disso não terminam nas paredes da fábrica. Os benefícios se estendem além para incluir fornecedores e distribuidores, ajudando a produzir a carga de trabalho mais eficiente para a fábrica.

O estágio Visionário é o ponto ideal para implementar AGVs e AMRs, devido a simulações completas de fábrica. Mas a robótica avançada pode ser trazida em estágios anteriores para executar tarefas mais simples que agendamento de produção. Algumas empresas adotaram AGVs e AMRs como carrinhos de coleta semi-autônomos para armazéns, onde o robô segue e auxilia um trabalhador humano.

Dependendo de como a fábrica é administrada, há maneiras quase infinitas de otimizar a instalação. É por isso que o investimento no gêmeo digital abrangente é tão importante para esta jornada. Ele permite insights mais profundos de como uma fábrica está rodando, ajudando a investir confidentemente no futuro do negócio. A robótica avançada faz parte do portfólio Xcelerator da Siemens de software, soluções e plataforma de desenvolvimento de aplicações onde o hoje encontra o amanhã para a manufatura industrial.

Por: Rahav Madvil, Gerente de Produto de Simulação para Siemens Digital Industries Software, e Noam Ribon, Consultor Sênior de Negócios na Siemens Digital Industries Software.