Aprimorando a Inteligência e Segurança dos Robôs na Manufatura

A pandemia lança luz sobre uma triste verdade da manufatura: humanos adoecem

A COVID-19 ensinou aos fabricantes uma lição valiosa: quando os humanos adoecem, máquinas-ferramenta e equipamentos ficam ociosos. É claro que eles já sabiam disso, assim como sabiam que os funcionários fazem pausas para almoço e férias, chegam atrasados porque o carro não liga, e vão trabalhar na loja da esquina por cinquenta centavos a mais por hora. Por esses motivos, entre outros, donos e gerentes de oficinas há muito enfrentam pressão para automatizar; agora, diante de uma pandemia global, estão desesperados para fazê-lo.

"Os EUA lutam com a escassez de mão de obra qualificada há anos, mas a dependência de operadores humanos tornou-se especialmente desafiadora ultimamente", disse Mark Sumner, vice-presidente de vendas e marketing da provedora de automação industrial Acieta LLC, Waukesha, Wis. "Há anos recebemos ligações de fabricantes dizendo: 'Tenho pensado em automação. Me diga como isso pode melhorar nossos resultados.' Desde a COVID-19, porém, isso mudou para: 'Precisamos de robôs. Como começamos?'"

A Nova Normalidade

Há muitas razões para essa mudança, disse ele. Considere oficinas de usinagem e casas de fabricação em um mundo nervoso com a transmissão do vírus. Nesses ambientes, as máquinas-ferramenta geralmente estão distantes o suficiente umas das outras para que o distanciamento social não seja um problema. Mas o que acontece na hora do almoço, quando os trabalhadores se reúnem para compartilhar histórias sobre o fim de semana no lago, ou reclamar do desempenho do seu time esportivo favorito?

E qual será o impacto do uso obrigatório de máscaras na moral dos funcionários, sem mencionar barreiras de acrílico, verificações de temperatura na porta e placas lembrando as pessoas a manterem dois metros de distância? E quanto à paralisação que inevitavelmente deve ocorrer quando um colega testa positivo? Com sorte, tudo isso será temporário. Talvez imunologistas desenvolvam rapidamente uma vacina, e daqui a um ano possamos descartar 2020 como uma anomalia. Mas e se a vacina nunca vier? E a próxima pandemia? Perguntas como estas fazem os fabricantes hesitarem, e muitos deles disseram: "Chega. Vamos automatizar onde for possível."

A boa notícia? Fazer isso agora é mais fácil do que nunca. Sumner observou que o distanciamento social significa que haverá mais espaço para posicionar robôs entre colegas de trabalho, enquanto Steve Alexander, vice-presidente de operações da Acieta, acrescentou que sistemas de visão e outras capacidades avançadas estão tendo um efeito positivo no custo e na flexibilidade dos robôs.

"Um número crescente de clientes usa câmeras para localizar peças colocadas aleatoriamente, seja em uma palete, em uma prateleira ou em uma esteira", disse ele. "O robô pode determinar sua orientação e então pegar a peça, bem como determinar se uma característica existe – um furo rosqueado, por exemplo, ou um código de barras – e então tomar decisões de acordo. Isso reduz a necessidade de dispositivos de fixação e suas despesas associadas, além de tornar os robôs mais fáceis de implantar."

Vendo Claramente com Câmeras

O sistema de visão mais popular da Acieta é o iRVision da FANUC, que Alexander explicou ser uma opção em qualquer robô FANUC. No entanto, ele foi rápido em apontar que câmeras de terceiros e OEM estão disponíveis para praticamente qualquer marca de robô, seja qual for sua idade. A questão de determinar como você vai usar uma câmera é frequentemente a parte mais difícil da equação de visão.

"Definitivamente há alguma engenharia envolvida", disse ele. "Você precisa estabelecer o layout físico correto, o campo de visão, a iluminação adequada, e assim por diante. E então, do lado do software, você precisa ensinar o robô, correlacionando o que a câmera está vendo e como essas imagens se relacionam com a tarefa em questão. Não é tão simples quanto apenas parafusar uma câmera."

Alguém que sabe tudo sobre isso é Dave Bruce, gerente de engenharia e especialista em visão robótica da FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich. Ele e o colega Greg Buell – especialista em cobots e engenheiro sênior do segmento de manuseio de materiais da FANUC – concordaram que os sistemas de visão estão se tornando mais populares e capazes, mas alertaram que seu uso requer algum dever de casa adicional.

"A visão evoluiu muito nos últimos anos", disse Bruce. "Temos disponível em nossas últimas três gerações de controladores, e nas duas últimas fizemos um grande avanço na visão 3D (3DV), que usa câmeras baseadas em nuvem de pontos muito rápidas para mapear o entorno do robô. Antecipamos que o uso de robôs industriais e colaborativos aumentará muito nos próximos anos."

Outra tecnologia é a detecção de força, uma capacidade que torna os robôs mais seguros e mais capazes. O Force Control da FANUC, por exemplo, é frequentemente usado em conjunto com os produtos de visão da empresa para realizar operações de rebarbação e montagem; essas tarefas tornam-se ainda mais fáceis quando apoiadas por software inteligente. "Temos outro produto chamado Intelligent Deburr", disse Buell. "Ele permite que os usuários carreguem um desenho CAD da peça, e o software gerará o melhor caminho de movimento para rebarbá-la. É esse nível de inteligência artificial que ajuda os fabricantes a alcançar o ROI mais rápido possível em seu investimento em automação."

Decisões em Tempo Real

A menos que você seja uma daquelas pessoas que temem uma futura tomada robótica da raça humana, a inteligência artificial determinística (IA) é talvez o segmento mais excitante da indústria de automação. Isso porque robôs equipados com IA não são apenas mais capazes, mas muito menos caros para operar.

"Totalmente 40% dos custos contínuos de um robô estão em sua programação", disse Jason Barton, diretor comercial da Realtime Robotics Inc., baseada em Boston. "A IA pode reduzir esse custo em até 70%. A Realtime Robotics consegue isso automatizando o processo de programação robótica para determinar a maneira mais eficiente de ir do Ponto A ao Ponto B, e então gerando um programa de acordo. Além disso, o sistema pode modificar dinamicamente esse programa à medida que certas condições surgem, tecnologia não muito diferente da usada por veículos autônomos para navegar pela cidade."

"Antes de termos GPS em nossos carros e telefones, os motoristas imprimiam direções detalhadas para lugares desconhecidos", disse Barton. "Mas se houvesse um fechamento de estrada ou tráfego intenso, você estava em apuros porque não tinha como mudar sua rota rapidamente. É assim que a programação convencional para robôs funciona hoje. Você tem que programar cada waypoint individual para cada um dos movimentos necessários para qualquer robô, e se você tem vários robôs trabalhando juntos, tem que programar cada um deles para trabalhar em harmonia. É uma tarefa árdua e demorada, que somos capazes de eliminar."

Robôs de autoprogramação conscientes do ambiente provavelmente serão um divisor de águas, o suficiente para que a Realtime Robotics tenha feito parceria com vários fabricantes de robôs, entre eles a Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois. Adam Welch, gerente de produto de robótica da Mitsubishi, observou que sofisticados sistemas de visão 3D como esses ajudam a garantir que todos os robôs dentro de uma célula ou área de trabalho operem de forma eficiente, espacialmente cientes de onde estão atualmente e onde planejam estar no futuro.

Avaliação de Risco e Capacidade

"Estamos usando essa tecnologia para uma variedade de aplicações robóticas de alta densidade, incluindo as indústrias automotiva e de alimentos e bebidas", disse Welch. "Como o sistema entende intuitivamente os papéis e responsabilidades de cada robô, ele é capaz de criar uma hierarquia, declarando que o robô número um tem prioridade sobre o robô número dois, e assim por diante. Ele gerencia processos de fabricação até muito rigorosos de forma bastante eficiente, sem a necessidade de programação avançada."

Claro, isso não significa que sistemas tradicionais de programação e equipamentos de segurança vão desaparecer tão cedo. Ben Sagan, gerente de desenvolvimento de negócios da Mitsubishi Electric Automation, sugeriu que sua solução MELFA SafePlus complementa a linha de robôs industriais da empresa ao interagir com uma variedade de equipamentos de segurança. Estes incluem scanners de área, cortinas de luz e tapetes de segurança, todos servindo para reduzir a velocidade do robô ou limitar seu movimento com base no feedback desses acessórios.

Para aqueles que pensam: "Ótimo, vamos nos livrar daquelas grandes gaiolas feias e substituí-las por sistemas como esses", não tão rápido. Como seus colegas em toda a indústria, ambos os especialistas afirmaram que os clientes devem passar por uma avaliação de risco antes de implantar qualquer robô. "Isso é verdade mesmo com robôs colaborativos", ele acrescentou, apontando que a Mitsubishi Electric Automation lançará seu primeiro cobot – o MELFA ASSISTA – em algum momento deste outono. "É crítico que os fabricantes analisem qualquer aplicação robótica em relação ao layout da célula, às máquinas-ferramenta, às esteiras e a qualquer outro equipamento de manuseio de material, e quanta interação humana haverá", disse Sagan.

Pandemia Acelerando Mais Automação

Joe Campbell está totalmente a bordo com a noção de mais cobots. O gerente sênior de marketing estratégico e desenvolvimento de aplicações da Universal Robots USA Inc., Ann Arbor, Mich., disse que os fabricantes precisam abraçar a robótica – colaborativa ou não – o mais rápido possível. "Mesmo antes da pandemia, a situação era cristalina", disse ele. "Pelo menos 500.000 empregos na manufatura estavam vagos. Mais de 10.000 baby boomers se aposentavam a cada dia, e 27% da força de trabalho da manufatura tinha 55 anos ou mais. E o último argumento a favor de mais automação? A disposição dos millennials e outros jovens a entrar nos ofícios estava em um nível recorde de baixa."

Essa situação por si só tem sido um motor constante para a automação, observou Campbell. Agora, adicione uma pandemia global à mistura. Como resultado, oficinas de todos os tamanhos estão começando a comprar cobots e robôs, intercalando-os com sua força de trabalho humana socialmente distanciada em um esforço para voltar aos níveis pré-pandemia. Com isso veio o desejo de reshoring sempre que possível, nivelando o campo de jogo de baixo custo de mão de obra com robôs mais inteligentes e capazes.

Um exemplo disso é o ActiNav da Universal Robots, um sistema autônomo de bin picking introduzido em abril passado. Diferente dos bin pickers encontrados em armazéns de e-commerce e centros de fulfillment que são basicamente soluções "pegar e largar", o ActiNav é o que a Universal Robots chama de "pegar e colocar". Diz-se que é preciso o suficiente para atendimento de máquinas CNC, e inteligente o suficiente para pegar objetos colocados aleatoriamente até mesmo em caixas muito fundas. Grande parte dessa capacidade se deve a outra novidade da empresa, um sistema de visão de alta resolução fornecido pela Photoneo Inc., Erlanger, Ky., junto com software desenvolvido internamente pela Universal Robots.

"Essa é a verdadeira mágica por trás do ActiNav", disse Campbell. "Com o bin picking tradicional, você tem que programar todos os diferentes cenários, algo praticamente impossível de fazer em uma caixa cheia de pequenas peças de metal. Com o ActiNav, você mostra a peça, a caixa e para onde quer que as peças vão, e o software faz o resto. É simples o suficiente para configurar uma nova peça do zero em duas a quatro horas, algo que de outra forma levaria alguns meses."

Movendo-se com Segurança

Segundo Campbell, a COVID-19 finalmente mostrou a todos o que acontece quando você permite que sua manufatura vá para outro lugar. "Tudo o que basta é uma pandemia ou disrupção similar e você está fechado", disse ele. "Por causa disso, empresas em todo lugar querem trazer o trabalho de volta para dentro, e querem fazer isso agora. Graças à escassez de mão de obra, no entanto, a única maneira de fazer isso efetivamente é com automação flexível que seja fácil de implantar, fácil de programar e operar, e, dados os protocolos de segurança adequados, possa ser usada ao lado de trabalhadores humanos. Robôs colaborativos atendem a essas necessidades em todos os aspectos."

Joe Chudy, vice-presidente e gerente geral da ABB Robotics U.S., Auburn Hills, Mich., também ouviu o clamor da indústria por mais automação, embora sua solução proposta seja um pouco diferente. "Nossos clientes nos dizem que a necessidade de acelerar a adoção de robótica e automação é crítica, tanto para proteger a saúde de seus funcionários quanto para melhorar a continuidade dos negócios", disse ele. "A maioria agora quer mudar o equilíbrio entre globalização e localização para trazer a produção para mais perto de casa, o chamado nearshoring, enquanto aumenta a flexibilidade de produção e melhora a resiliência da cadeia de suprimentos."

Atender a essa necessidade requer ferramentas intuitivas que ajudem os usuários a tomar melhores decisões. Uma delas é o pacote de software SafeMove da empresa, que Chudy disse permitir maior liberdade aos operadores para colaborar com robôs em um espaço limitado e com praticamente nenhuma proteção, assumindo que os sensores de segurança apropriados, scanners a laser e barreiras de luz estejam em vigor. Pode ser usado em toda a gama de robôs industriais da ABB, "tornando cada robô um cobot" através de medidas configuráveis de detecção e prevenção de movimento eletrônico que restringem a velocidade, o movimento e a posição do robô quando uma pessoa se aproxima.

Ele também observou a necessidade de software de simulação e programação offline, o RobotStudio da empresa entre eles. O primeiro permite que os usuários criem, simulem e testem uma instalação completa de robô em um ambiente virtual 3D sem perturbar a linha de produção real. "Isso significa que novas linhas de produtos podem ser instaladas mais rapidamente e aceleradas até a velocidade total sem surpresas durante a comissionamento. Esta é uma competência crítica para fabricantes, considerando a personalização em massa de hoje e ciclos de vida de produtos mais curtos", disse ele. "E, assim como software CAM e máquinas-ferramenta CNC, a programação offline de robôs elimina o tempo de inatividade e a disrupção do chão de fábrica que ocorre com métodos de programação manuais."