Elevando a Automação no Chão de Fábrica: Precisão, Flexibilidade e Confiabilidade

Na máquina, perto da máquina, entre máquinas — a IIoT nunca está longe

A flexibilidade chegou à automação, talvez como nunca antes. E para indústrias que exigem usinagem de precisão, montagem e medição, as tecnologias de automação nunca estiveram tão disponíveis.

Soluções de automação variam da mais alta precisão à confiabilidade e velocidade testadas em produção. Quase nunca as tecnologias são representadas como sendo tudo para todos, ou mais propriamente, todas as soluções para todos os problemas. Não é uma questão de escolher seu veneno, mas sim de selecionar a tecnologia mais apropriada e ser capaz de justificar o ROI. Automação testada e comprovada como alimentadores de barras, carregadores de portal, opções simplificadas de pick-and-place nunca estão longe da vanguarda, mas estão sendo acompanhadas e, em muitos casos, eclipsadas por novas tecnologias robóticas mais rápidas que trazem o benefício da versatilidade que a comunicação digital IIoT pode trazer à manufatura.

Precisão na Fabricação de Relógios Levou a Centenas de Robôs

Segundo Rick Brookshire, gerente de produto do grupo de robôs da Epson America Inc. (Carson City, CA), quando sua empresa-mãe, Seiko Epson Corp., desenvolveu robôs para fabricar seus próprios relógios há cerca de 35 anos, a precisão era tudo. Hoje, a Epson combina velocidade com precisão em sua oferta de mais de 300 robôs em tamanhos variando de 175 a 1000 mm de alcance, com cargas úteis de até 20 kg e repetibilidade de até 5 µm. Aplicações iniciais típicas incluíam peças que cabem na mão para automotivo, médico, eletrônico e funções incluindo montagem, carregamento de máquinas, kit, inspeção e teste, e paletização em praticamente todo tipo de indústria.

A mais nova adição ao portfólio de robôs da Epson, o SCARA (braço robótico articulado de conformidade seletiva) Synthis T3 All-in-One de nível de entrada, foi introduzido a um preço e com capacidades de velocidade e precisão destinadas a expandir ainda mais as aplicações da Epson em automotivo, eletrônicos, dispositivos médicos e produtos de consumo.

“Desde sua introdução no final de 2017, o T3 encontrou aceitação no mercado além de nossas expectativas mais otimistas”, disse Brookshire. “O T3 tem um controlador contido dentro do braço, conexão a um PC para programação — tudo a um preço de $7.495. Ele apresenta o mesmo software que usamos em nossos robôs de seis eixos da série G de alta performance.”

Como os outros robôs SCARA da Epson, o T3 é um robô de quatro eixos que estagia de uma superfície plana para outra superfície plana e foi posicionado como alternativa a deslizadores lineares na oficina. “Deslizadores lineares têm que ser ajustados continuamente para trocas”, disse Brookshire. O T3, com braço de 400 mm e carga útil máxima de 3 kg, satisfaz essa necessidade de flexibilidade com velocidade para operação eficiente, integração em design compacto e software de programação RC+ da Epson.

Eficiência Robótica em Pacotes Compactos

A Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL) tem histórico no desenvolvimento de sistemas de paletização e robôs para manusear ferramentas e peças para processamento EDM, bem como aplicações de carregamento de máquinas para usinagem em tandem ou em combinação com máquinas EDM. “Uma job shop faz algo diferente a cada dia. Esse é nosso forte: colocar uma peça em um palete e em um magazine e deixar um robô movê-la para dentro da máquina para processamento — seja para uma, duas ou cinco peças”, disse Chris Norman, presidente e COO. “Estamos em um mercado de nicho e nossa automação é projetada para job shops, ferramentarias de moldes e matrizes, e oficinas de manufatura aeroespacial de curta duração, para citar algumas.”

A demanda por produtos de automação da Erowa tem sido forte. “Há maior aceitação por parte das oficinas para soluções de automação hoje. Experimentamos crescimento nas vendas de automação de 10 a 20% sobre 2017, que já havia subido cerca de 30% sobre 2016”, disse Norman. “Não somos mais só os caras do EDM, embora ainda façamos muito em fabricação e manuseio de eletrodos. Nossa ferramentaria está sendo usada em muitas facetas diferentes da manufatura. Nosso sistema de troca rápida entre nossos paletes e nossos mandris e trocadores de ferramentas de corte e trocadores de eletrodos em um EDM são uma forma de automação que muitas empresas não pensam.”

A programação para seus robôs foi simplificada, segundo Norman. “Nossos robôs não são difíceis de programar. Há diferentes níveis de integração. O mais básico é que o robô é escravo da máquina. Fizemos todo o trabalho de interface e temos interfaces com todos os OEMs principais. Quando vamos instalar, chamamos o palete para a máquina da mesma forma que você chama um fuso para a máquina. É basicamente uma linha de código. Temos um software de controle de célula que gerencia a máquina e o robô em vez do controle da máquina. Tipicamente precisamos apenas de cerca de um dia de treinamento com os clientes”, disse Norman.

O Chão de Fábrica é um Lugar Movimentado

Os EDMs mais novos da Makino Inc. (Mason, OH) apresentam automação para operação sem supervisão. O suporte vem do HyperConnect, suíte de aplicações da Internet Industrial das Coisas (IIoT) da Makino para EDMs que melhora a experiência do usuário e a eficiência, e reduz o tempo de inatividade da máquina. Disponível em todos os EDMs Makino equipados com sistemas de controle Hyper-i, o HyperConnect permite que gerentes e operadores monitorem e controlem processos EDM de qualquer PC, dispositivo inteligente ou outros sistemas de controle Hyper-i na rede.

Operadores de EDM já enfrentam muita coisa no chão de fábrica. A última coisa que alguém quer é tê-los correndo de um lado para outro entre máquinas e espaços de escritório. O HyperConnect fornece a esses operadores acessibilidade ao que precisam para maximizar a eficiência, seja na máquina, em seu escritório ou trabalhando remotamente.

A suíte HyperConnect tem quatro recursos principais de conectividade para o pessoal da oficina monitorar, planejar e solucionar problemas em suas operações EDM. Das quatro funções, EDM Mail e PC Viewer são as mais usadas. O EDM Mail repassa informações de status da máquina aos operadores via e-mail durante operação sem supervisão para ajudar a reduzir tempo de inatividade e suportar habilidades de multitarefa. Pode entregar atualizações periódicas em intervalos programados das condições de operação de uma máquina, ou alertar operadores de uma parada de máquina a qualquer hora.

Interligando Processos a Uma Ideia de Distância

Quando a tecnologia oferecida por um fabricante de máquinas-ferramenta cruza para processos não relacionados, a automação pode fornecer o elo produtivo inesperado. A Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, MA), fornecedora de máquinas-ferramenta, tecnologia de impressão 3D e automação, deu um “salto quântico” combinando os processos para aumentar a produção na manufatura 3D. A célula de automação combina manufatura aditiva com robótica e processos subtrativos com o objetivo de fornecer pós-processamento para produção rápida e altamente eficiente de peças 3D finalizadas.

A célula Methods de 6 m inclui uma estação de alimentação de produto impresso em 3D, que transporta peças 3D em placas de construção para um EDM FANUC C600 que faz um corte para separar parcialmente as peças das placas de construção. Na próxima estação, um robô FANUC encaixa as placas das peças impressas e transfere as peças para um FANUC RoboDrill para operações finais de usinagem. RoboDrills são especialmente favorecidos em ambientes de chão de fábrica por sua automação compacta e autossuficiente. Projetada para manufatura lights-out, a célula reduz o tempo total para completar peças da impressão 3D ao pós-processamento final, quadruplicando a produção total de peças enquanto elimina trabalho manual. O parceiro de impressão 3D da Methods Machine é a 3D Systems Corp. (Rock Hill, SC), a criadora da impressão 3D.

Manufatura Inteligente Significa Conectividade IIoT

Dois fabricantes de máquinas-ferramenta, Mazak Corp. (Florence, KY) e Murata Machinery USA Inc. (Charlotte, NC), colaboraram para desenvolver um sistema de manufatura inteligente combinando usinagem, automação e tecnologias inteligentes da Mazak com o sistema automatizado de armazenamento e recuperação de alta densidade da Muratec. O resultado é o Mazatec SMS (sistema de manufatura inteligente), que fornece manufatura lights-out sem supervisão e alta produção, bem como conectividade IIoT.

O Mazatec SMS combina múltiplos centros de usinagem horizontais e/ou máquinas multitarefa da Mazak com um sistema tipo estocagem vertical da Muratec que tem paletes, balde de material e guindaste de estocagem de alta velocidade. Para atender às necessidades específicas de produção e espaço de cada fabricante, o sistema modular pode ter até 150 estocagens (em diferentes tamanhos) em uma configuração de seis níveis que aumenta significativamente a eficiência do espaço.

A tecnologia IIoT SmartBox da Mazak e o software de gerenciamento de produção Smooth PMC são componentes-chave do SMS. O sistema automatizado da Muratec controla toda a interconexão e sincroniza com o host ERP/MRP e MES do fabricante. Como resultado, o Mazatec SMS é projetado para se tornar uma solução de fábrica inteligente para controle, monitoramento e otimização de processos para produzir uma variedade de peças — mesmo em pequenos lotes — com alta eficiência. O Mazatec SMS pode incorporar vários tamanhos e tipos de máquinas-ferramenta no mesmo sistema de manufatura automatizado. Equipamentos periféricos para o Mazatec SMS incluem estações individuais para carregamento e centralização, carregamento por inclinação, carregamento por elevação e abaixamento, configuração de trabalho e lavagem de peças. Além de manter as máquinas-ferramenta abastecidas com trabalho, o guindaste de estocagem do sistema lida com a entrada geral de peças brutas e saída de peças finalizadas do Mazatec SMS.

Automação Depende de Software, Foco IIoT

A Shop Floor Automations (SFA; La Mesa, CA) é especializada em software de automação de manufatura que fornece às oficinas monitoramento de máquinas, rede CNC (software DNC), rastreamento de ferramentas e gerenciamento de dados de produção. “Nossas tecnologias avançadas funcionam com protocolos como MTConnect, OPC UA, Okuma Thinc, Modbus e FANUC FOCAS”, disse Guy Barrow, executivo de contas. “Nossas soluções são bem-sucedidas para oficinas de usinagem CNC, oficinas de fabricação, ferramentarias de moldes e qualquer oficina que tenha a ver com o processo de manufatura. Oficinas incluem aquelas que fazem [altos volumes de peças aeroespaciais, peças médicas, armas de fogo e peças automotivas, bem como oficinas combinadas de produção/job shops.”

Segundo Barrow, os clientes da SFA querem eliminar mídias antigas no chão de fábrica sem substituir suas máquinas. Estão indo para o wireless e substituindo drives de disquete. “Embora transferências de programas e controle de revisão CNC sejam necessários, diria que monitoramento de máquinas é popular para nós agora. Eficiência de máquina é muito importante para os clientes. Temos engenheiros à disposição para personalizar soluções que se ajustem às preocupações de produção do cliente. Oficinas querem investir em padrões da Indústria 4.0 e IIoT, então isso tem um efeito positivo em nosso mix de produtos. Sempre testamos novas soluções para resolver os problemas dos clientes de métodos alternativos de transferência/comunicação/gerenciamento de programas, aumentando a utilização de máquinas, controle de revisão, eliminando papel, e melhor preparação para auditoria. Também os ajuda a assumir outros objetivos, como certificação ISO, manufatura lights-out e integração com outras soluções, como software ERP.”

Automação de Pequena Escala com Grande Capacidade

Uma combinação de centros de usinagem com sistemas de manuseio de paletes provou ser boa para um sistema de automação para séries de pequena escala até tamanhos de lote de um. Por essa razão, a Liebherr Automation Systems Co. (Kempten, Alemanha; e Saline, MI) expandiu sua oferta de produtos de automação com o PHS Allround. Os objetivos do sistema de automação inteligente são maior eficiência e operação simples independentemente do tamanho e peso da peça. O sistema desloca a configuração das peças da máquina para uma estação de configuração separada e armazena as peças pré-configuradas em uma área de armazenamento intermediário. As peças pré-configuradas armazenadas no sistema compensam tempos de execução de máquina curtos e longos, e permitem turnos com muito pouca ou mesmo nenhuma mão de obra, o que por sua vez permite que preços unitários sejam otimizados em até 20%.

A Liebherr desenvolveu a classe compacta PHS Allround para usuários universais. Segundo a empresa, o PHS Allround fecha a lacuna entre a solução de sistema de carregamento rotativo RLS de nível de entrada da Liebherr e o sistema de manuseio de paletes PHS Pro individualmente configurável. O sistema de manuseio de paletes PHS Allround permite que um grande grupo de usuários entre em produção flexível em combinação com centros de usinagem de quatro e cinco eixos. O novo conceito modular em três classes de peso para cargas de até três toneladas é flexível e pode ser individualmente configurado e expandido. Isso corresponde a tamanhos de paletes de 500 x 500 mm a 1000 x 1000 mm.

Automação Personalizada Alvo Operações Secundárias para Célula de Manufatura de Extensão de Cano AR-15

A Hydromat, nome sinônimo de produção de alto volume no chão de fábrica, projetou e construiu uma célula personalizada em processo para eliminar manuseio adicional e operações secundárias para uma peça de extensão de cano para o popular fuzil estilo AR-15. Anteriormente, essa peça seria produzida em múltiplas máquinas.

A solução foi fornecida com a tecnologia de máquina EPIC da Hydromat com automação e processos de usinagem adicionados. A equipe de engenharia da Hydromat desenvolveu um processo que faria o trabalho sem nenhuma operação fora da célula — desde barra bruta até peça finalizada.

Engenheiros da Hydromat propuseram um processo de célula de produção Barrel Extension OP 10/20/30. Esta solução inclui uma saída da máquina Hydromat EPIC para uma célula de processo de transferência de quatro estações brocha/moeda/desbaste Op 20 personalizada e integrada antes de retornar à máquina Hydromat para conclusão da peça Op 30. Durante o processo de usinagem, a peça é removida da máquina, brochada em uma célula separada e então retornada ao processo de transferência rotativa para ser finalizada. A máquina de transferência rotativa EPIC 32/45-16 inclui integração total com automação robótica e célula Op 20.

OP 10 começa com um alimentador de barra que alimenta a barra em um mandril e corte na estação um. O blank da peça é movido das estações dois a oito com processos de usinagem específicos em cada uma para as características no primeiro lado da peça. Na estação nove da máquina EPIC, a peça é extraída com o primeiro robô FANUC do mandril e colocada em uma posição aberta na bandeja de alimentação na célula de processo Op 20. O segundo robô pega a peça com uma das garras duplas Schunk e a coloca na garra na posição um da mesa dentro da célula.

Após verificação a laser de posição, a peça é transferida para a segunda estação. A peça é extraída da garra por um sistema de transferência pneumático e colocada na posição de processo de brocha onde a máquina de brocha faz seu trabalho.

A Ty Miles Inc. (Westchester, IL) forneceu a máquina e ferramentas de brocha para a operação. Uma vez concluída a brocha, o sistema de transferência pneumático reloca a peça na garra antes de ser levada à terceira posição para moeda.

A peça é então transferida para a quarta posição para uma etapa final de desbaste de brocha antes de retornar à posição um para ser descarregada e colocada em uma posição aberta na bandeja de descarga. A partir desta posição, a peça é retornada à máquina Hydromat EPIC para Op 30 nas estações 9H a 16H para usinagem de características no segundo lado da peça. Uma vez completa, outro robô FANUC extrai a peça finalizada de extensão de cano do mandril e a coloca em uma esteira transportadora para remoção. Com tempo de ciclo de 15,0 segundos, o processo rende produção de 240 peças por hora da barra bruta à conclusão da usinagem requerida da peça. Após tratamento térmico, um processo de retífica prepara a peça para o mercado.