Digitalização aumenta a produção de células de autopeças em 20%

Os aumentos no tamanho e na quantidade de seus pedidos levaram o fabricante de autopeças Felss Rotaform LLC (New Berlin, WI) com sede em Wisconsin a expandir as operações por meio de uma nova célula de manutenção de máquinas com dois robôs. A empresa é fornecedora de peças de precisão usando seus processos de estampagem rotativa, conformação axial e conformação de extremidades de tubos. Para atender às metas de melhoria contínua de processos da empresa, a nova célula precisava ser mais segura, rápida e flexível do que suas células de fabricação anteriores.

Para lidar com a natureza complexa da automação, a empresa contatou a Siemens e o integrador de sistemas IAS Inc. (New Berlin, WI) devido ao seu histórico em inovação e experiência em robótica integrada e tecnologias de controle. Seis meses depois, a Felss Rotaform se viu operando uma célula de manufatura digitalizada e integrada que estava quebrando os recordes de produtividade e lucratividade da empresa.

Enquanto revisava os requisitos para sua célula robótica de última geração, a Felss Rotaform tinha vários objetivos. Primeiro, ela queria aumentar a produtividade implantando novos PLCs de alta velocidade para obter tempos de resposta de ciclo completo mais curtos para cada peça individual.

Em segundo lugar, queria explorar uma solução de segurança mais avançada que garantisse um melhor controle de quem estava entrando na célula. Nas celas mais antigas, uma máquina poderia ser ligada acidentalmente quando uma pessoa de manutenção estivesse presente na cela, colocando esse indivíduo em risco de lesão. Para evitar isso, a Felss Rotaform queria um processo automatizado para garantir que a célula ficasse vazia uma vez reiniciada.

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

O objetivo inicial do Felss Rotaform era um tempo de ciclo completo de 48 segundos para cada peça na nova célula (muito mais rápido do que qualquer uma de suas células mais antigas). O projeto e a implementação da solução aceleraram o processo completo de produção da peça em até 38 segundos, uma melhoria de eficiência de 20%. Uma vez que a nova célula foi implementada, o tempo de inatividade passou de dias para horas para trocas complexas e, para trocas programadas típicas, o que costumava levar oito horas para ser executado 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 levaria três para realizar. Isso nos permite produzir 600 peças adicionais em um período de 24 horas. Além disso, a lucratividade da célula aumentou 13%”, disse Due.

Richard Parkhurst, gerente de contas da Siemens, sabia que a IAS estaria fortemente posicionada para cumprir os objetivos da Felss Rotaform. “Alguns integradores realizam estritamente o desenvolvimento de software e outros são mais habilidosos na construção e montagem do hardware. A IAS trouxe uma combinação de todas as habilidades e conhecimentos necessários, incluindo recursos de robótica e engenharia de segurança”, disse ele.

A IAS reconheceu que os produtos da Siemens seriam essenciais para ajudar a Felss Rotaform a atingir suas metas, fornecendo a velocidade, confiabilidade, flexibilidade e segurança necessárias. Por exemplo, um backbone de comunicações digitalizadas Siemens PROFIsafe baseado em Ethernet foi projetado na célula para controlar a segurança da máquina e do perímetro. A comunicação segura é fornecida entre os vários PLCs e robôs. O PROFIsafe retransmite informações de status dos dispositivos dentro da célula para o PLC principal e oferece
uma grande vantagem sobre a tecnologia mais antiga, porque a comunicação padrão e segura ocorre através de um único sistema de barramento.

Todos os sensores e atuadores da solução PROFIsafe podem ser programados livremente dentro do conceito de segurança distribuída, independentemente de sua estação de E/S. Essa flexibilidade permite que os operadores desliguem os atuadores seletivamente. Outras vantagens incluem comunicações à prova de falhas, diagnósticos avançados e recursos de troca a quente, que ajudam a reduzir o tempo de inatividade.

Os PLCs Siemens Simatic S7-1500 com interface Profinet integrada também desempenharam um papel importante no aumento das velocidades operacionais. O barramento de backplane de alta velocidade, com sua alta taxa de transmissão e protocolo de transmissão eficiente, oferece 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 devido à sua velocidade, variedade de placas de expansão de
E/S disponíveis, controlador de segurança programável funcionalidade, formato relativamente compacto e baixo custo.”

O Portal TIA da Siemens desempenhou um papel fundamental na economia de tempo e recursos de engenharia ao programar todos os PLCs e IHMs. O uso do TIA Portal reduz o tempo de colocação no mercado por meio de ferramentas de simulação, ferramentas de produtividade do programador e diagnósticos adicionais.

“O TIA Portal me permite escrever código do jeito que eu quero e mudar de uma linguagem de programação para outra sempre que eu precisar”, disse Vancina. “Por exemplo, com o TIA Portal, eu poderia escolher Ladder Logic para facilitar a leitura de seções lógicas simples e, na próxima linha de código, mudar para algo como Texto Estruturado para implementar controles ou cálculos de processo mais complexos. Quase todos os PLCs permitem o uso das várias linguagens de programação IEC 61131-3, mas o TIA Portal permite combiná-las de 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, a 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 auxiliá-los no processo de testes. Os fornecedores mais responsivos na fase de teste são frequentemente recompensados ​​com novos negócios.

A nova célula de fabricação da Felss Rotaform foi projetada com o teste de produtos em mente. Ele pode executar seis novos números de peças diferentes 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 a Felss Rotaform, a rastreabilidade desempenha um papel fundamental na redução dos custos operacionais. A célula pode ajudar a evitar que peças defeituosas sejam enviadas detectando peças defeituosas e colocando-as em uma caixa separada, até mesmo parando a célula e alertando o operador se os defeitos ocorrerem com muita frequência. Se uma peça defeituosa for enviada e encontrada pelo cliente, isso pode significar a devolução de uma remessa inteira, custando ao fornecedor centenas de milhares de dólares.

A IAS e a Siemens estão atualmente testando duas células robóticas semelhantes que serão implementadas em 2018 e incluem melhor rastreamento de manutenção para fabricação digital mais avançada. O novo sistema rastreia há quanto tempo uma máquina está funcionando e indica quando as principais peças críticas estão se aproximando de seus limites de tempo de ciclo projetados.

Uma solução que está sendo explorada é o MindSphere, um sistema operacional aberto de Internet das Coisas (IoT) baseado em nuvem que serve como uma plataforma conectada com aplicativos que fornecem uma variedade 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 possíveis problemas ao controle mestre de uma célula. “O novo sistema informa o que precisa ser substituído e que tipo de peça o sistema precisa. Você digitaliza a peça antes de instalá-la e ela informa se é a peça certa para aquela máquina”, disse Vancina.

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