Manufatura Não Automotiva Adota Robótica para Aumentar Eficiência e Flexibilidade

Mas robôs podem nunca rodar completamente a produção.

Robôs mais baratos com mais funções, junto com células de trabalho mais flexíveis e instalações que facilitam a robótica, estão acelerando o crescimento de instalações de manufatura automatizadas no setor não automotivo. Ideias sobre se robótica e automação levam a manufatura lights-out no chão de fábrica, porém, são mistas.

Embora o número total de unidades vendidas e receita para robótica em 2018 tenham caído, pedidos industriais de robôs realmente cresceram 24% sobre o ano anterior em ciências da vida, alimentos e bens de consumo, plásticos e borracha e indústrias eletrônicas, segundo a Robotics Industries Association.

Há muitas razões para o crescimento — entre elas estão sistemas robóticos são mais fáceis de instalar, integrar em um sistema de automação e programar.

Por exemplo, a abordagem da ABB baseada na Suíça é produzir uma gama de soluções de automação padronizadas e modulares vs. projetar e engenheirar células de trabalho sob medida para cada um de seus clientes.

"Tudo isso reduz o tempo porque não estamos gastando semanas ou meses projetando e engenheirando eles", disse Dwight Morgan, vice-presidente de vendas e marketing para ABB USA Robotics, Auburn Hills, Mich. "Então, dentro de todas as aplicações nas quais nos envolvemos, como atendimento de máquina-ferramenta ou embalagem, temos uma família de soluções padrão que nos permitem mover muito rapidamente e estabelecer prazos de entrega curtos."

A FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich., oferece robôs habilitados para móvel que podem ser colocados em rodas ou pegos com um caminhão elevador e colocados no lugar.

"E, tipicamente, eles são um pouco mais auto-contidos, então há menos conexões neles", disse Rick Maxwell, diretor de engenharia para o segmento de indústria geral e automotivo.

O colega de Maxwell, John Tuohy, diretor executivo de contas globais, disse que a FANUC também tem vários clientes interessados em assistência de elevação semi-autônoma.

"Em uma forma de colaboração, a FANUC tem a capacidade de adaptar qualquer um de nossos robôs em um dispositivo de assistência de elevação similar ao que se pode ver com um contrapeso ou dispositivo de assistência de elevação em uma fábrica hoje", disse Tuohy. "Um operador manipula manualmente o robô na posição desejada, termina a tarefa, e envia o robô de volta para pegar outra peça autônomamente."

Tom Fischer, diretor de operações para RobotWorx, Marion, Ohio, uma empresa que vende e integra robôs ABB, FANUC, Kuka e Motoman em células de trabalho, disse que avanços em comunicação Ethernet vs. configurações analógicas tornaram muito mais fácil usar múltiplas funções (como interagir com outros robôs, interfaces homem-máquina e estações de operação de botão) do robô ao mesmo tempo.

"Você pode passar múltiplos sinais de uma vez em vez de ter que cabear cada sinal individualmente", disse ele. "É apenas um plug simples e então configurar sua E/S Ethernet."

Há também um fator humano que está tornando a instalação de robôs mais fácil, disse Fischer. "Acho que estamos chegando a uma geração que entende melhor eletrônica, e através de sua experiência com videogames eles são mais hábeis em controlar coisas com um teclado (ou um pendant de ensino robótico) vs. diretamente", Fischer disse. "Eles podem aplicar essa experiência à robótica."

Na MC Machinery Systems Inc., robótica downstream é a próxima grande coisa. A subsidiária da Mitsubishi Corp. é baseada em Elk Grove Village, Illinois, e vende EDMs a fio, máquinas de fresamento e cortadores a laser, e os integra em linhas automatizadas.

"Você pega uma peça, você a pega, você a empilha propriamente e ela se move para um lugar onde a robótica pode movê-la para um local separado", disse Jason LeGrand, especialista em automação. "Talvez ela passe por uma máquina economizadora de tempo ou um aplainador ou uma dobradeira. Essa é a próxima grande coisa e estamos literalmente tendo reuniões com integradores para descobrir quais são seus requisitos para fazer isso acontecer."

Facilitando robótica downstream está a aquisição da Mitsubishi em 2018 da Astes4, uma empresa suíça que faz o Astes4Sort, um sistema de manufatura flexível projetado para triagem.

"Eles estão absolutamente, sem dúvida, na vanguarda da triagem automatizada de peças saindo de um laser industrial", disse LeGrand. "Sua função é o próximo passo onde precisamos levar nossa automação a laser. O Astes4Sort pega as peças acabadas que saem e as empilha como for dito; isso, em si, se torna muito atraente para usuários finais."

As peças são empilhadas e paletizadas, prontas para o próximo passo no processo de manufatura. "Isso torna muito mais fácil integrar uma operação robótica no back-end porque sabemos que há uma pilha de peças iguais, uma em cima da outra, na mesma orientação", disse LeGrand. "Esse é o primeiro passo para permitir que um robô pegue dali e vá para a próxima operação sem ter que ter um sistema de visão mais caro ou algo dessa natureza."

Preços de Robôs Estão Estabilizando?

Historicamente, robôs ficaram mais baratos, mas de acordo com informações anedóticas, preços se estabilizaram enquanto o valor subiu.

Nos últimos 30 anos, o preço médio de um robô industrial caiu pela metade, segundo a consultora global McKinsey & Co. O preço médio de venda de robôs industriais diminuiu de US$ 63.000 em 2009 para US$ 45.000 em 2018, segundo statista.com.

O site da RobotWorx, que vende robôs novos e recondicionados, relata que robótica industrial nova, completa com controladores e pendants de ensino, custa de US$ 50.000 a US$ 80.000. Tipicamente, robôs recondicionados custam metade do preço de robôs novos, segundo a RobotWorx.

No passado recente, o preço de robôs realmente não diminuiu, mas empresas de robótica adicionaram mais funcionalidade, disse Fischer da RobotWorx.

Um exemplo de funcionalidade melhorada está na interface homem-máquina, ele disse. "No passado, você teria que cabeiar um acessório secundário para usar como HMI", disse ele. "Agora, empresas como a FANUC estão adicionando isso em seu software para que possa ser executado a partir de seu pendant."

Outro exemplo de funcionalidade adicionada pode ser visto em robôs colaborativos, ele disse. "O maior uso deles é em atendimento de máquina, esse é o quente agora", disse ele. "Você é capaz de ter um operador na célula de trabalho com o robô trabalhando lado a lado."

Maxwell da FANUC concordou com o aspecto de funcionalidade. Assim como na indústria de computadores, onde você pode não necessariamente pagar menos por um laptop mas está obtendo mais pelo seu dinheiro, quando você paga o mesmo preço por um robô você está obtendo significativamente mais funcionalidade dele. Robôs hoje são mais rápidos, têm mais capacidade de computação, mais poder de processamento e/ou uma carga útil maior, ele disse.

LeGrand da MC Machinery também concordou. "[Robôs] são mais adequados a uma variedade mais ampla de aplicações", ele disse. "Como resultado, fabricantes estão usando eles para mais. O que está acontecendo é que fabricantes estão pegando uma pilha de peças que são cortadas bem e elas estão sendo entregues a um lugar onde robôs podem acessá-las.

"Agora fabricantes estão dizendo 'O que posso fazer a partir deste ponto com um robô para simplificar a operação e dar a ela um tempo de ciclo repetível para que possamos planejar produção efetivamente', e assim por diante", ele continuou.

Use Suas Mãos

Uma vez que fabricantes identificaram o que robôs podem fazer para tornar operações mais eficientes e os instalaram no chão de fábrica, esses fabricantes podem aproveitar software mais intuitivo e amigável para programá-los.

"Houve um tremendo esforço em toda nossa empresa assim como em toda a indústria para tornar o uso e programação de automação mais intuitivos com coisas como guiamento manual, programas de menu, esse tipo de coisa", disse Maxwell. "O que você vai encontrar é que muitos dos fabricantes, e a FANUC em particular, têm opções básicas, fáceis de usar, orientadas a menu. Nosso iHMI vai guiá-lo através de como gerar programas. É gráfico, e realmente bastante simples."

Uma vez que o robô é programado e funcionando, empresas de robótica tornaram mais fácil migrar de programação básica para tarefas mais complicadas para integrar a funcionalidade aumentada do robô, dependendo do trabalho em questão, Maxwell disse.

Fabricantes de robôs como FANUC e ABB também adicionaram guiamento manual para programação. Para uma operação pick-and-place, o operador ensina o robô uma posição segurando uma alça e arrastando o tooling de fim de braço (EOAT) para onde uma peça está, então arrastando o EOAT para uma posição livre, então arrastando sobre uma caixa. A maneira antiga de ensinar a mesma tarefa seria usar o pendant de ensino do robô e apertar vários botões para os eixos X, Y e Z para colocar o robô em posição.

"Agora você está pronto para rodar", disse Maxwell. "Naqueles três ou quatro passos, você ensinou o robô o que fazer. Então, é muito mais intuitivo, e muito mais fácil de usar."

YuMi da ABB, um robô de braço duplo totalmente integrado com visão, garras a vácuo, dois tipos de garras mecânicas e controle de força, também pode ser programado com guiamento manual. "É como ensinar seu filho a andar de bicicleta", disse Morgan.

Aplicações comuns para YuMi são manuseio de material, montagem, embalagem e produção de alimentos. "Quando você tira um YuMi da caixa, ele está pronto para ir", disse Morgan. "Ele tem dois braços, então um pode ser um dispositivo para segurar uma peça e o outro pode ser uma mão trabalhando. Você não precisa de uma esteira, não precisa de um palete, não precisa de um dispositivo."

Nenhuma Situação Verdadeira Lights-Out?

O uso de manufatura lights-out tem sido impedido por questões de manuseio de peças e logística, mas planejamento detalhado, a Internet Industrial das Coisas (IIoT), e recursos ainda em desenvolvimento, como inteligência artificial (IA), prometem superá-los. De novo, lights-out completo pode não ser a resposta, disse um fabricante.

Para qualquer um que tenha qualquer tipo de automação, lights-out é o objetivo, disse LeGrand. Nas células de trabalho de sua empresa, a ideia é manter o laser ligado o máximo possível.

"Todo mundo está se movendo em direção a isso", disse ele. "Em anos passados, com sistemas de automação e, mais importante, técnicas de programação e configurações de máquina, eles não estavam bem configurados para lights-out real. Havia muitas viradas de peça e coisas que paravam a máquina de rodar. Todos aprendemos com nossos erros."

LeGrand disse que lights-out pode requerer compensações, especialmente se operadores estão fazendo nesting dinâmico onde cada ninho é único. Isso é comum especialmente em job shops de contrato.

"E em muitas situações de job shop, eles acreditam que lights-out não se aplica a eles", disse ele. "Eles podem fazer, no entanto — eles só têm que abordar o nesting, a programação, tudo um pouco diferente. Eles têm que usar um conjunto diferente de parâmetros para cortar."

Pode não ser a maneira mais rápida de cortar, mas devagar e sempre vence a corrida em lights-out, LeGrand disse.

"Tem que mover consistentemente sem parar. Então talvez o espaçamento da peça fique um pouco maior, talvez o toque para manter peças de tombar fique um pouco mais agressivo."

Como resultado, seus clientes podem acabar com dois programas diferentes para máquinas da MC Machinery; um para lights-out, e um para operações tripuladas.

Maxwell da FANUC concordou que lights-out é o futuro e permanece um objetivo para vários de seus clientes. "Vimos sucesso relativamente bom para rodar períodos muito longos de tempo", disse ele. "Talvez um turno, talvez um turno e meio, mas através do processo de manufatura ainda há áreas onde eles precisam entrar e fazer certas coisas. Onde foi bem-sucedido é geralmente terceiro turno, segundo para terceiro turno."

Isso é porque operações lights-out não dependem apenas da automação, mas também de outras máquinas e processos, como manuseio de material. Logística é importante, ele disse, e se não forem bem planejadas, faltas de material podem surgir.

O conselho de Maxwell para qualquer um intentado em operações não tripuladas é primeiro analisar suas operações e dividi-las em passos discretos. Então, considerar o que poderia dar errado dentro de cada passo e determinar como aquele problema poderia ser resolvido sem um operador.

Ter alguns trabalhadores à mão será sempre necessário, disse Fischer da RobotWorx. "Lights-out é meio que um nome errado para produção", ele disse. "Realmente não há uma situação verdadeira de produção lights-out. Você sempre tem algum suporte. Mas empresas vão para automação com equipe esqueleto."

Neste ponto, ainda é necessário manter pessoas essenciais para suportar a linha, ele disse; não necessariamente operadores mas técnicos de manutenção e técnicos de robôs para suporte caso algo quebre ou precise de reparo.

"O que está permitindo a tendência em direção a operações lights-out é o uso de robôs para atendimento de máquina e manuseio de material", disse Fischer. "O futuro é IA e IIoT."

A IIoT permite alertas serem enviados para um local remoto para um trabalhador monitorar e intervir no caso de um problema agendando manutenção e permitiria a ele acompanhar números de produção. IA é mais preditiva e permite um robô iniciar e fazer ajustes por conta própria.

IA de robótica está em desenvolvimento, e ainda não disponível em nenhum robô, Fischer disse. "Todos os OEMs estão trabalhando nisso como projetos de P&D, mas nenhum existe ainda", ele disse. "Talvez vejamos nos próximos cinco a 10 anos."

Outro grande problema impedindo lights-out verdadeiro é qualidade de peças, Fischer disse.

"Se você está fazendo um processo de montagem, um processo de soldagem, a menos que sua qualidade de peça seja impecável, você encontra problemas que apenas uma pessoa pode identificar de uma perspectiva de saída de qualidade ou reparo e manutenção", ele disse. Fabricantes automotivos devem ter inspeção visual de soldas de segurança para garantir que as soldas estão propriamente localizadas e livres de defeitos. Uma câmera é muito limitada para fazer a inspeção, ele adicionou.

Morgan da ABB virou seu foco para longe de lights-out em direção à Indústria 4.0. "Sabe, estamos no negócio de robôs há décadas agora, e eu diria que o termo 'produção lights-out' era quase visto como o Santo Graal da manufatura automatizada", ele disse. "Pessoas pensavam que uma vez que você leva seu processo e negócio a esse nível, você chegou."

Enquanto outros focam em lights-out, a ABB definiu sua mira na fábrica do futuro e Indústria 4.0, com uma instalação de manufatura flexível e ágil que pode operar em baixo mix, alto volume assim como alto mix, baixo volume.

"Se você olha para produtos tradicionais de alto volume como celulares, apenas olhe quantas cores e configurações de memória você pode comprar, por exemplo, um telefone Samsung Android hoje", disse Morgan. "É isso que estamos vendo hoje na manufatura."

Novidade é o ecossistema integrado onde toda a configuração de automação é integrada em necessidades do cliente como entrega rápida. Por exemplo, Morgan disse, um fabricante de lentes de contato pode produzir bilhões de lentes de contato moles, mas agora tem uma operação de e-fulfillment na fábrica com empresas de entrega e logística integradas como FedEx no local.

"Estamos realmente vendo um grande foco em whatever você gasta seu dinheiro como fabricante, tem que ser confiável e disponível com um foco enorme em efetividade geral do equipamento", Morgan disse. "O número OEE de classe mundial antes de 80-85% agora é uma barra muito baixa e para ser classe mundial hoje, eles estão começando com 90%. É sobre eficiência em todo nível. Isso significa um robô colaborativo trabalhando ao lado de um operador em um ambiente de manufatura, e tudo está digitalmente conectado."