A ascensão da robótica avançada na fabricação industrial

Rahav Madvil e Noam Ribon, Siemens examinam a ascensão da robótica avançada na fabricação industrial...
Personalização e flexibilidade são duas das palavras mais quentes na fabricação industrial no momento. Os clientes querem algo feito especialmente para eles, seja uma loção pós-barba personalizada com seu nome na garrafa, um veículo com todos os recursos de que precisam e nenhum que não precisa, ou um novo telefone com a antena de rádio mais recente para conectividade 5G. Toda essa personalização leva a uma conclusão – a fabricação está se movendo para uma produção de alto mix e produzindo milhões de produtos diferentes em lotes muito pequenos.

Ao mesmo tempo, muitos produtos fabricados hoje são muito complicados apenas para as tecnologias de automação estabelecidas, forçando os fabricantes a aumentar a robótica tradicional com a montagem manual por trabalhadores humanos. As pessoas são valorizadas por sua capacidade de entender e explicar as mudanças em um processo muito rapidamente. Mas e se essa flexibilidade fosse incluída em processos automatizados?

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

Tamanhos de lote pequenos não são inerentemente um problema, mas os processos de produção atuais não podem acomodar isso facilmente 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 os fabricantes podem fabricar vários produtos com eficiência com alterações mínimas no chão de fábrica entre os produtos?

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

A Jornada de Robótica Avançada

Muitos chãos de fábrica contam com redes de esteiras transportadoras para transportar tudo, desde a matéria-prima até os produtos finais. Mas essas redes não foram projetadas para lidar com milhares de produtos diferentes indo para os locais em constante mudança necessários em um processo de fabricação de vários produtos. E se um sistema de transporte pudesse mudar? Talvez mudar de caminho para evitar áreas congestionadas em uma fábrica? Ou mudar os destinos para entregar uma peça de trabalho à estação de usinagem ideal?

Esses 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 aplicativos.

Normalmente, o objetivo de usar os robôs é entregar material do ponto A ao ponto B com relativa facilidade. Mas não é tão simples quanto 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 as empresas a adotar robótica avançada em seus processos de fabricação é uma jornada de quatro etapas.

Estágio um, ou o Participante etapa, é definida pelo uso de robótica de automação fixa ou tecnologias similares onde a maioria das operações são programadas manualmente. Todo o planejamento do processo é feito por um ser humano, possivelmente com auxílio de software, e as tarefas são então atribuídas a robôs específicos para funcionar em locais e horários específicos. Essa abordagem funciona bem ao produzir grandes volumes, quando as alterações ou modificações em uma linha de produção são reduzidas ao mínimo. Uma vez que cada ação de um robô é explicitamente especificada neste estágio, o robô deve ser colocado off-line quando as alterações são necessárias e reprogramado manualmente. Isso afeta negativamente os tempos de produção.

A segunda etapa é para Veteranos e é o estágio mais comum hoje para os fabricantes industriais. Caracteriza-se pelo uso do gêmeo digital para validação completa do sistema e para a construção de algoritmos de controle para toda a linha de produção. A utilização de um gêmeo digital de fabricação fornece insights profundos sobre como proceder em estágios posteriores da jornada, permitindo a simulação de toda a instalação. Melhorias significativas de produtividade neste estágio podem ser alcançadas com a atualização simultânea de vários robôs executando os mesmos controladores lógicos programáveis, reduzindo o tempo de inatividade no chão de produção.

Progredindo para o terceiro ou Pioneiro estágio, os fabricantes podem começar a automatizar mais o processo de produção. Construída com base nas informações aprendidas com o gêmeo digital e aumentada com o feedback dos sensores de IoT, a 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 projeto ou processo. Comandos simples podem ser usados ​​para ajustar automaticamente o robô com base em uma calibração de circuito fechado entre o ambiente físico e o gêmeo digital.

O estágio final, chamado de Visionário estágio, é onde as iniciativas de robótica avançada se tornam altamente autônomas, proporcionando autonomia quase completa dos robôs. É também aqui que os AGVs e AMRs se tornam altamente eficazes, substituindo as correias transportadoras estáticas e um caminho de processo linear por robótica móvel avançada. Agora, as mudanças na produção podem ser quase tão simples quanto inserir o número de produtos necessários e quantas variações são necessárias. A partir dessas informações, 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 rapidamente para produzir o lote. E, se a escolha principal for para manutenção, qual é a próxima melhor opção. Os limites disso não terminam nas paredes da fábrica. Os benefícios vão além, incluindo fornecedores e distribuidores, ajudando a produzir a carga de trabalho mais eficiente para a fábrica.

O estágio Visionário é o ponto ideal para implementação de AGVs e AMRs, devido às simulações completas de fábrica. Mas a robótica avançada pode ser trazida em estágios iniciais para executar tarefas mais simples do que a programação 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, existem maneiras quase infinitas de otimizar a instalação. É por isso que o investimento no gêmeo digital abrangente é tão importante para essa jornada. Ele permite insights mais profundos de como uma fábrica está funcionando, ajudando a investir com confiança no futuro dos negócios. A robótica avançada faz parte do portfólio de software, soluções e plataforma de desenvolvimento de aplicativos Xcelerator da Siemens, onde o hoje encontra o amanhã para a fabricação industrial.



Por:Rahav Madvil, gerente de produto de simulação da Siemens Digital Industries Software, e Noam Ribon, consultor de negócios sênior da Siemens Digital Industries Software.