Aumente Performance de Máquinas com Monitoramento em Tempo Real

Ter um plano para manter e melhorar o desempenho e a confiabilidade de cada máquina no chão de fábrica é vital para operações de manufatura. Máquinas confiáveis tornam execuções de produção de curto prazo possíveis. E quanto mais flexíveis os fabricantes são, mais novos clientes atrairão.

A base das estratégias mais eficazes para obter níveis mais altos de produtividade no chão de fábrica começa com monitoramento em tempo real. Ter um fluxo de dados contextualmente rico, em tempo real, de cada máquina no chão de fábrica é inestimável para melhorar cada execução de produção e permitir que design para manufatura atinja seu pleno potencial. Este artigo examina:

• o papel do monitoramento em tempo real na definição do desempenho baseline de uma máquina,
• como o monitoramento em tempo real ajuda estratégias de design-para-manufatura (DTM) a terem sucesso,
• os benefícios de usar monitoramento em tempo real para ajustar seu plano de aptidão de maquinário,
• como começar a preparar um plano de aptidão de maquinário, e
• estratégias para alinhar maquinário com um processo de design-para-manufatura ágil.

Definindo Desempenho Baseline

Planos de aptidão fortes que entregam mudança duradoura começam com um baseline verdadeiro de desempenho, e o mesmo vale para quem começa a se exercitar quanto para maquinário em um chão de fábrica. Para criar planos de aptidão para seu maquinário que gerem resultados, fabricantes confiam no monitoramento em tempo real para os dados baseline que precisam. Ao tornar o monitoramento em tempo real parte integral de cada execução de produção, eles estão tornando melhorias permanentes a nova normalidade.

Duas pesquisas recentes conduzidas pela Decision Analyst em conjunto com IQMS/Dassault Systèmes ilustram como fabricantes agora confiam no monitoramento em tempo real para melhorar a produtividade do chão de fábrica, incluindo estabelecimento de baselines de desempenho de maquinário que são a fundação de criação de planos de aptidão de maquinário individualizados.

Notavelmente, a pesquisa da Decision Analyst com 150 fabricantes norte-americanos em 2019 revelou que 82% dos respondentes de manufatura estão colocando prioridade máxima em atualizar máquinas existentes ou comprar novo maquinário para obter insights do monitoramento em tempo real. Essas empresas estão substituindo maquinário de produção totalmente depreciado por máquinas inteligentes e conectadas de ponta que podem auto-diagnosticar sua condição e relatar problemas — fornecendo os dados em tempo real no contexto de suas condições operacionais que são inestimáveis no ajuste de planos de aptidão. Além disso, para otimizar seu monitoramento em tempo real, 38% dos fabricantes pesquisados estão investindo em software de sistema de execução de manufatura (MES), como visto na Figura 1, imediatamente abaixo.

Enquanto isso, na pesquisa da Decision Analyst do final de 2018, 81% de todos os fabricantes afirmaram que o monitoramento em tempo real estava melhorando seus negócios. E em indústrias de processo intensivo, particularmente manufatura de plásticos, 87% dos fabricantes relataram que o monitoramento em tempo real é essencial para suas operações. No geral, 63% dos fabricantes anteciparam que seriam capazes de rastrear melhor a aptidão individualizada de cada máquina através do monitoramento em tempo real, como revisar taxas de utilização por tipo de execução de produção, sucata, e relatórios de tempo de inatividade, como ilustrado na Figura 2, imediatamente abaixo.

Ajudando Design-para-Manufatura a Ter Sucesso

Monitoramento em tempo real é essencial para sincronizar a base diversificada de sistemas e processos de manufatura necessários para criar um único ambiente de design-para-manufatura onde designers, engenheiros, gestão de qualidade e equipes de produção podem colaborar juntos. Design para manufatura é predicated em integrar engenharia, qualidade e equipes de manufatura no mesmo modelo de dados de produto. Monitoramento em tempo real de maquinário de produção contribui para este modelo de dados fornecendo feedback vital a cada equipe sobre a manufaturabilidade, qualidade e escala de cada novo produto produzido. É um ciclo de feedback essencial para todos no processo de design-para-manufatura, contribuindo diretamente para estender a vida útil do maquinário no chão de fábrica.

Designers, engenheiros, gestão de qualidade e equipes de produção ganham insights valiosos sobre como mudar um modelo de produto impacta a eficiência e confiabilidade do maquinário de produto incluindo tempo médio entre falhas (MTBF). Equipes de design-para-manufatura adotam uma abordagem mais ágil e iterativa para criar novos produtos alimentada pelos insights que ganham de dados de monitoramento em tempo real. O mais importante é a contribuição do monitoramento em tempo real para permitir que os diversos membros dessas equipes se sincronizem em um modelo de produto comum. Adotar uma abordagem mais colaborativa para criar novos produtos predicated em design para manufatura melhora tanto a qualidade do produto quanto a rentabilidade reduzindo erros em produção enquanto aumenta taxas de rendimento.

Ajustando Fino um Plano de Aptidão de Maquinário

Há três razões principais pelas quais um plano de aptidão predicated em monitoramento em tempo real é um ótimo lugar para começar a montar uma estratégia de design-para-manufatura que define a fundação para crescimento sólido de receita.

Criar protótipos mais rápido baseados em designs iniciais de modelo enquanto avalia sua qualidade e escala de produção baseada em feedback de monitoramento em tempo real. Por exemplo, um fabricante de plásticos especializado em produtos marinhos confia em design para manufatura para definir o modelo inicial de produto então produzir protótipos em questão de horas usando uma impressora 3D de alta velocidade combinada com dispositivo de imagem baseado em estereolitografia. Uma vez que protótipos de modelo de produto são aprovados por clientes, o mesmo modelo é produzido usando software de manufatura assistida por computador (CAM) para criar o molde inicial do produto. A partir daí, o processo de produção começa. Criar e testar digitalmente a qualidade e durabilidade dos produtos primeiro economiza milhares de horas e dólares por ano para o cliente e fabricante de produtos marinhos. Demonstra como uma abordagem design-para-manufatura detecta problemas mais cedo e leva novos produtos ao mercado mais cedo.

Ajudar a construir demanda para novos produtos antes de enviarem adotando uma abordagem design-para-manufatura para produção na qual dados em tempo real de cada máquina ajuda planejadores de produção a definir o fluxo de trabalho ótimo para cada novo produto. Por exemplo, um fornecedor líder de produtos OEM baseados em fibra de carbono para indústrias automotiva, bens de consumo embalados, e manufatura de processo de plásticos primeiro cria um modelo de protótipos de clientes, fornecendo imagens renderizadas de novos produtos bem antes das datas de envio. Clientes usam as imagens renderizadas para planejar suas campanhas de marketing e venda, montar materiais de habilitação de vendas, e definir embalagem. Aqui, design para manufatura torna possível entregar mais valor a clientes OEM e ajudá-los a ter sucesso vendendo seus novos produtos.

Fornecer mais opções aos clientes com seus modelos de produto baseline através de estratégias aprimoradas de configure-price-quote (CPQ) e configuração de produto. Aqui, monitoramento em tempo real fornece feedback às equipes de design para manufatura sobre quais produtos configuráveis são os mais eficientes, produzíveis e rentáveis para construir. Um caso em ponto é a abordagem altamente bem-sucedida da BMW de vender Mini Coopers personalizados usando configuradores de produto online e em concessionárias, suportado por abordagem baseada em modelo para manufatura. CPQ e configuração de produto se destacam quando todos os sistemas suportando estas estratégias estão sincronizados e rodando um ritmo comum. Design para manufatura faz isso acontecer. E essa é uma ótima notícia para fabricantes que podem aumentar taxas de utilização de centros de produção produzindo mais produtos personalizados — e de maior margem — para clientes do que antes.

Preparando um Plano de Aptidão de Maquinário

Para montar uma estratégia de crescimento bem-sucedida, fabricantes devem vinculá-la de volta a um plano de aptidão para cada máquina-ferramenta. Não apenas isso estenderá suas vidas úteis, os dados adicionais sobre a saúde da máquina também melhorarão o agendamento de produção. Atribuir os técnicos mais qualificados à melhor combinação possível de máquinas para uma execução de produção específica é grandemente simplificado quando cada máquina tem um nível consistentemente alto de aptidão de produção.

Assim como alguém que entra em uma academia para ficar em melhor forma, milhões de fabricantes hoje têm os começos de planos de aptidão fortes para seu maquinário. O desafio é colocá-los em ação e obter resultados. Os quatro passos a seguir são uma ótima maneira de começar:

Capture dados baseline para cada máquina através de vários turnos para verificar qualquer variação perceptível e facilmente definida na saída. Criar um dataset do desempenho de cada máquina através do chão de fábrica é o ponto de partida para cada plano de aptidão de máquina individualizado.

Escolha um conjunto inicial de métricas que cada máquina é capaz de reportar hoje para completar a comparação baseline. Cada máquina pode ser analisada em quatro métricas: tempos de ciclo, tempos de setup, taxas de sucata/retrabalho, e rendimentos. Diferenças entre máquinas aparecerão imediatamente. Saber quão bem cada máquina performa contra estes quatro critérios fornece insight inestimável sobre como sua vida útil pode ser estendida.

Identifique o maquinário mais e menos em forma analisando os dados baseline e indexando atividade prévia das máquinas a devoluções de clientes e problemas de qualidade. O maquinário responsável pela maior porcentagem de devoluções de clientes e problemas de qualidade são frequentemente as mesmas máquinas que mostram taxas anormalmente altas de desgaste. Verificar para garantir que suas estimativas de tempo médio para reparo (MTTR) e MTBF são precisas é pré-requisito para prolongar a vida da máquina e aumentar qualidade do produto e taxas de rendimento.

Combine monitoramento em tempo real com upgrades de maquinário para descobrir como sequenciamento de produção impacta confiabilidade e desempenho do maquinário ao longo do tempo. Saber por que certas máquinas estão começando a falhar pode ter mais a ver com sua posição relativa em um fluxo de trabalho de produção do que inicialmente aparente. É por isso que monitoramento em tempo real combinado com os últimos upgrades para maquinário inteligente e conectado faz sentido. Juntos, esses passos removem duas fontes potencialmente grandes de variação do entendimento de como prolongar a vida útil das máquinas.

Alinhando Maquinário com DTM

Quando equipes capitalizam no desempenho mais alto e escala de maquinário que está sendo gerenciado a um plano de aptidão mais rigoroso e completo, elas estão posicionadas para assumir projetos de design-para-manufatura mais ambiciosos. Conhecer a escala, velocidade e confiabilidade de cada máquina envolvida na produção de um novo produto traz ainda maior agilidade aos processos concorrentes de design, desenvolvimento, engenharia, qualidade e produção que juntos criam uma estrutura de design-para-manufatura.

Onde fabricantes veem o maior benefício de se comprometer com um plano de aptidão de maquinário rigoroso e contínuo é em acelerar cronogramas de desenvolvimento de novo produto enquanto reduzem custos. Saber como cada máquina reagirá a novos requisitos de produção é inestimável na redução de erros em tudo, desde conceitos de design iniciais até instruções de trabalho.

Outro benefício chave de combinar planos de aptidão com design para manufatura é que equipes colaborativas sabem em quanto as taxas de rendimento do maquinário melhoraram e o que isso significa para execuções de produção futuras.

Finalmente, planos de aptidão para máquinas criam a fundação mais forte que existe para fabricantes darem a suas equipes de CAM, design assistido por computador (CAD), simulação/análise de elementos finitos (FEA), elétrica, inspeção, e manufatura a garantia que precisam de que podem buscar ciclos de desenvolvimento, teste e lançamento de produto mais rápidos do que nunca. Quando cada sistema no processo de manufatura roda em uma cadência ou velocidade de relógio diferente, alcançar concorrência é obrigatório, e design para manufatura combinado com planos contínuos de aptidão de maquinário são essenciais. (Nota do Editor: Este artigo é uma versão estendida de uma coluna Viewpoints que aparece na edição de setembro de 2019 da Manufacturing Engineering)

Sobre os Autores

Louis Columbus é principal na empresa de planejamento de recursos empresariais de manufatura IQMS (agora DELMIAWORKS, parte da família Dassault Systèmes). Michael Buchli é gerente sênior de produto e portfólio SolidWorks na Dassault Systèmes.