Digitalização Impulsiona Aumento de 20% na Produção de Célula de Peças Automotivas

Aumentos no tamanho e quantidade de seus pedidos levaram o fabricante de peças automotivas baseado em Wisconsin, Felss Rotaform LLC (New Berlin, WI), a expandir operações através de uma nova célula de atendimento de máquina dual-robot. A empresa é fornecedora de peças de precisão usando seus processos de rotary swaging, axial forming e tube end-forming. Para atender as metas de melhoria contínua de processo da empresa, a nova célula tinha que ser mais segura, mais rápida e mais flexível que suas células de manufatura anteriores.

Para abordar a natureza complexa da automação, a empresa contatou Siemens e integrador de sistemas IAS Inc. (New Berlin, WI) devido ao seu histórico em inovação e expertise em tecnologias integradas de robótica e controle. Seis meses depois, Felss Rotaform encontrou-se operando uma célula de manufatura digitalizada e integrada que estava quebrando recordes de produtividade e rentabilidade da empresa.

Ao revisar requisitos para sua célula de robótica de próxima geração, Felss Rotaform tinha vários objetivos. Primeiro, queria aumentar produtividade implantando novos PLCs de alta velocidade para alcançar tempos de volta de ciclo completo mais curtos para cada peça individual.

Segundo, queria explorar uma solução de segurança mais avançada que assegurasse melhor controle de quem estava entrando na célula. Nas células mais antigas, uma máquina podia ser acidentalmente ligada quando uma pessoa de manutenção estava presente na célula, colocando aquele indivíduo em risco de lesão. Para evitar isso, Felss Rotaform queria um processo automatizado para garantir que a célula estava vazia uma vez reiniciada.

Terceiro, queria mais flexibilidade para trocas de célula, o que permitiria a empresa testar e fornecer uma gama de produtos mais diversificada para seus clientes. As células mais antigas exigiam que a célula inteira fosse reprogramada cada vez que um novo processo era realizado, o que poderia levar dias para executar.

O objetivo inicial da Felss Rotaform era um tempo de volta de ciclo completo de 48 segundos para cada peça na nova célula (muito mais rápido que qualquer de suas células mais antigas). O design e implementação da solução acelerou o processo completo de produção de peças para 38 segundos, uma melhoria de eficiência de 20%. Uma vez que a nova célula foi implementada, tempo de inatividade foi de dias para horas para trocas complexas e, para trocas agendadas típicas, o que costumava levar oito horas para realizar agora leva apenas 15 minutos, de acordo com Chad Due, engenheiro de controles elétricos da Felss Rotaform.

"Esta nova célula pode produzir em dois turnos o que anteriormente levava três para realizar. Isso nos permite produzir 600 peças adicionais em um período de 24 horas. Além disso, rentabilidade para a célula aumentou em 13%", disse Due.

Richard Parkhurst, gerente de conta Siemens, sabia que IAS estaria fortemente posicionada para realizar os objetivos da Felss Rotaform. "Alguns integradores realizam estritamente desenvolvimento de software e outros são mais hábeis em construir e montar o hardware. IAS trouxe uma combinação de todas as habilidades e expertise necessárias, incluindo capacidades de robótica e engenharia de segurança", ele disse.

IAS reconheceu que produtos Siemens seriam críticos em ajudar Felss Rotaform a alcançar seus objetivos fornecendo a velocidade, confiabilidade, flexibilidade e segurança requeridas. Por exemplo, uma espinha dorsal de comunicações digitalizada Siemens PROFIsafe baseada em Ethernet foi projetada na célula para controlar segurança de máquina e perímetro. Comunicação segura é fornecida entre os vários PLCs e robôs. Relés PROFIsafe transmitem informação de status dos dispositivos dentro da célula para o PLC principal e fornecem uma grande vantagem sobre tecnologia mais antiga porque tanto comunicação padrão quanto segura ocorrem via um único sistema de barramento.

Todos sensores e atuadores dentro da solução PROFIsafe podem ser livremente programados dentro do conceito de segurança distribuída, independentemente de sua estação I/O. Esta flexibilidade permite operadores desligar atuadores seletivamente. Outras vantagens incluem comunicações à prova de falhas, diagnósticos avançados e capacidades de hot swapping, que ajudam a reduzir tempo de inatividade.

PLCs Siemens Simatic S7-1500 com interface Profinet integrada também desempenharam um papel principal em aumentar velocidades operacionais. O barramento backplane de alta velocidade, com sua alta taxa de baud e protocolo de transmissão eficiente, rende uma vantagem de desempenho crucial para processamento rápido de sinal.

De acordo com Simon Vancina, engenheiro de aplicações IAS e principal programador de robótica e PLC, "O PLC S7-1513F foi uma ótima escolha para este projeto por causa de sua velocidade, gama de cartões de expansão I/O disponíveis, funcionalidade de controlador de segurança programável, fator de forma relativamente compacto e baixo custo."

O TIA Portal da Siemens desempenhou um papel crítico em economizar tempo e recursos de engenharia ao programar todos os PLCs e HMIs. O uso do TIA Portal encurta time-to-market por meio de ferramentas de simulação, ferramentas de produtividade do programador, e diagnósticos adicionais.

"TIA Portal me deixa escrever código do jeito que eu quero escrevê-lo e mudar de uma linguagem de programação para outra sempre que eu preciso", disse Vancina. "Por exemplo, com TIA Portal eu poderia escolher Ladder Logic para tornar seções lógicas simples mais fáceis de ler, e então na próxima linha de código mudar para algo como Structured Text para implementar controles de processo mais complexos ou cálculos. Quase todos PLCs permitem o uso das várias linguagens de programação IEC 61131-3, mas TIA Portal deixa você combiná-las de uma maneira única e eficaz. Este é um recurso muito conveniente que nos permite reduzir nosso tempo de desenvolvimento de código e nos permitiu colocar este sistema online muito mais rápido."

Com o projeto implementado, Felss Rotaform imediatamente viu benefícios além de seus objetivos principais. Grandes fabricantes automotivos estão sempre procurando testar novos produtos. Eles contam com seus fornecedores para assisti-los no processo de teste. Os fornecedores mais responsivos na fase de teste são frequentemente recompensados com novos negócios.

A nova célula de manufatura na Felss Rotaform foi projetada com teste de produto em mente. Ela pode rodar seis números de peça diferentes novos em uma semana, o que leva um mês inteiro em outra célula.

A nova célula também é muito mais avançada em sua capacidade de detectar peças defeituosas. Para fabricantes como Felss Rotaform, rastreabilidade desempenha um papel chave em reduzir custos operacionais. A célula pode ajudar a prevenir peças defeituosas de serem enviadas detectando peças defeituosas e colocando-as em uma lixeira separada, até parando a célula e alertando o operador se defeitos acontecem muito frequentemente. Se uma peça defeituosa é enviada e encontrada pelo cliente, pode significar o retorno de uma remessa inteira, custando ao fornecedor centenas de milhares de dólares.

IAS e Siemens estão atualmente testando duas células de robô similares que serão implementadas em 2018 e incluem melhor rastreamento de manutenção para manufatura digital mais avançada. O novo sistema rastreia quanto tempo uma máquina tem rodado e indica quando partes críticas-chave estão se aproximando de seus limiares de tempo de ciclo projetados.

Uma solução sendo explorada é MindSphere, um sistema operacional IoT (Internet das Coisas) aberto baseado em nuvem que serve como uma plataforma conectada com apps que fornecem uma gama de funções, como reduzir riscos de segurança e melhorar a disponibilidade de máquinas e plantas conectadas.

Além disso, o novo sistema incorporará análises preditivas para enviar um alerta sobre problemas potenciais ao controle mestre de uma célula. "O novo sistema te diz o que precisa ser substituído e que tipo de peça o sistema precisa. Você escaneia a peça antes de instalá-la e ele te diz se é a peça certa para aquela máquina", disse Vancina.

Para mais informação da Siemens, vá para www.siemens.com, ou telefone 847-640-1595; da IAS, vá para www.iasworldwide.com, ou telefone 866-243-2402.