Como a Automação Acelerou Durante a COVID-19: Tendências, Flexibilidade e a Ascensão dos Cobots

Soluções mais seguras, rápidas e inteligentes ajudam a indústria em uma pandemia

A tendência de longa data em direção à automação de manufatura foi compreensivelmente acelerada pela pandemia de COVID-19. Cerca de um ano na crise, é um bom momento para perguntar sobre impactos de longo prazo. A pandemia empurrou a automação para novas áreas? Fornecedores tornaram a automação mais flexível? Mais fácil de implementar?

Por sua natureza, robôs colaborativos (cobots) são mais fáceis de implementar que seus primos tradicionais. Como cobots são projetados para compartilhar um espaço de trabalho com seus contrapartes humanos, como rotina, eles frequentemente não requerem proteção e podem caber em espaços relativamente pequenos e ocupados (quando confirmado por avaliação de risco de segurança). Eles também são mais fáceis de configurar, disse Dick Motley, Diretor do grupo de integradores de sistemas autorizados da FANUC America Corp. em Rochester Hills, Mich. Ele explicou que um usuário pode, em parte, treinar os cobots da série CRX da FANUC literalmente agarrando o braço e guiando-o. Isso torna "a configuração de uma aplicação simples realmente direta e intuitiva. Você tem automação robótica que pode ser implantada rapidamente." Ele adicionou que "há um ecossistema crescente de fornecedores periféricos para garras e pedestais para o robô sentar, e diferentes provisões para facilmente abordar as utilidades que vão para o tooling de fim de braço do robô."

A má notícia é que cobots são lentos. Mesmo que sejam construídos com sensores que limitam a força que impartirão se entrarem em contato com algo, "é bem difícil atender padrões de segurança em alta velocidade", explicou Motley. "Porque independentemente de quão sensível seu sistema de detecção de contato é, você está tentando desafiar a física se você tem algo se movendo muito rápido e então precisa trazê-lo imediatamente para repouso." Então, embora você possa pensar que cobots estariam assumindo o mundo da automação (e as vendas na era COVID-19 têm sido explosivas), sua aplicabilidade tem limites.

Motley referiu-se a uma "operação de paletização de velocidade relativamente baixa" no final das linhas de manufatura de um cliente como um bom ajuste para um cobot. "Eles estavam fazendo dois a quatro caixas de produto por minuto, com uma densidade incrível de linhas de esteira alimentando esses produtos até o final para ser paletizado. Eles não tinham o espaço físico para fazer uma implementação de robô tradicional com cálculos de distância de parada e todas as coisas que entram em uma célula de robô tradicional. Sua única opção de automação era colocar um cobot. ... Se você for devagar o suficiente, uma caixa de papelão provavelmente não vai te machucar."

Seguro e Fácil para Humanos

Isso não quer dizer que robôs tradicionais não possam operar em proximidade de pessoas, ou que eles são muito difíceis de configurar. Ou que cobots lentos podem operar sem proteção se estiverem manuseando algo afiado ou perigoso. Para abordar essas preocupações, a FANUC e outros OEMs têm sistemas que "restringem ou o alcance de movimento ou a velocidade do robô" para permitir interação intermitente com um humano, explicou Motley. A FANUC chama sua arquitetura de segurança de "Dual Check Safety", ou DCS. "Talvez você queira estabelecer uma zona 'mantenha fora' em um lado do robô enquanto um operador carrega peças ou algo que o robô vai recuperar. Você habilita uma restrição de software para manter o robô longe dali, tipicamente reforçada por uma cortina de luz ou um tapete de segurança ou um scanner. Mas então, uma vez que a pessoa sai da zona de carregamento, o robô pode voltar à velocidade total."

Motley também apontou que "ajustes no DCS podem ser feitos no ambiente de simulação de programação offline Roboguide da FANUC. Eles podem ser feitos com um laptop conectado ao robô, ou com um de nossos dispositivos de interface do usuário, seja nosso iPendant ou nosso novo Teach Pendant tablet." A nova interface baseada em tablet é particularmente fácil de usar, disse Motley. "É um estilo totalmente novo de programação que nem chega perto de linguagem de computador. É uma linha do tempo de ícones drag-and-drop."

Na Promess Inc., Brighton, Mich., o Diretor de Aplicação John Lytle relatou que a pandemia acelerou o esforço de sua empresa para fazer suas Estações de Trabalho de Prensa Elétrica realizarem funções adicionais. A Promess já tinha facilitado a adição de suas unidades a uma linha de produção tornando-as compactas e autossuficientes, com uma cortina de luz integrada para prevenir lesões no operador. "Elas automatizam a montagem com sensoriamento que determina se fez uma boa peça, e você pode colocá-las onde quiser e adaptar conforme as coisas mudam na fábrica." A Promess adicionou funções auxiliares e melhorou a informação que as unidades são capazes de comunicar para o resto da fábrica. Por exemplo, além de prensar duas peças juntas e confirmar que a força medida e o deslocamento eram os esperados e a montagem é portanto boa, a Estação de Trabalho também pode fazer medições dimensionais e passar essa informação adiante. Isso elimina a necessidade de uma estação de medição separada.

Realizar tais medições requer câmeras e/ou lasers, e a Promess integra a tecnologia de forma que o usuário final ainda obtenha uma unidade "plug and play" autônoma. Como Lytle explicou, "Estamos focados em torná-lo simples para o usuário final, então não é como um grande projeto de ciência exigindo um técnico de câmera, um especialista em CLP, um integrador de alto nível, e assim por diante. Temos uma equipe de software de 20 pessoas aqui, trabalhando todos os dias para torná-lo fácil. Então, quando o cliente recebe uma Estação de Trabalho, ela já está configurada. Eles apenas inserem parâmetros." Ele adicionou que câmeras podem fazer mais do que medir peças. Elas também podem ser usadas para orientação de peças. Isso permite arranjos mais complexos, como ser capaz de pegar automaticamente de múltiplas peças em uma palete. Além disso, a Promess integrou cobots para carga/descarga automática de peças. O resultado final, como Lytle vê, é uma Estação de Trabalho multi-função que simplifica a linha de transferência e contribui para o distanciamento social, enquanto também envia dados para outros equipamentos na fábrica "via Internet ou Intranet para tomar uma decisão sobre o que fazer."

Mais Inteligente e Flexível

De acordo com Joe Chudy, gerente geral da ABB Robotics USA, Auburn Hills, Mich., "todas as indústrias, em instalações grandes e pequenas, estão procurando maneiras de remover pessoas de seus processos." O maior aumento na demanda – um impulso que pode ser ligado diretamente à pandemia – está em manufatura médica, embalagem/logística e processamento de alimentos. Os dois últimos são particularmente desafiadores, dada sua necessidade de velocidade extrema diante de entradas inconsistentes. Como Chudy colocou, "não é segredo que a Amazon não consegue contratar pessoas suficientes e não consegue automatizar rápido o suficiente. O mesmo vale para WalMart e todos os outros naquele espaço. Mas a quantidade e diversidade de itens que você tem que pegar e classificar rapidamente força você a implementar alguma forma de IA (inteligência artificial)."

Chudy disse que a indústria de processamento de alimentos também está pressionada e impulsionando inovação em automação. Ele descreveu corte e embalagem de carne como um ambiente inerentemente miserável para humanos trabalharem, com a pandemia apenas adicionando aos problemas. E a "proteína" (como a indústria se refere ao seu produto) varia de peça para peça. "Nos perguntamos se poderíamos desossar um frango. O que poderíamos fazer com as asas? Coisas assim", recontou Chudy.

Dadas as inconsistências das formas da proteína, atender a este desafio requeria tanto um sistema de câmera inteligente quanto IA para orientar as garras do robô. "Também há retorno rápido limitando a proteína perdida no corte", adicionou Chudy. "Então a tecnologia de visão que você usa, com facas de água ou outras técnicas para cortar este material o mais próximo possível, é um grande negócio. Aprender como a proteína é apresentada ao robô, onde o sistema de visão deve ir, e como você deve orientá-lo, todos fatoram na aplicação."

Longo prazo, Chudy pensa, avanços em IA impulsionados por esses desafios também serão aplicados ao mundo do corte de metal. Por exemplo, capacidade de random bin picking está melhorando devido a melhorias em IA, ele observou, "bem como de-paletização e algumas das tarefas logísticas. Tempos de aquisição são o que realmente importa em random bin picking. Quão rápido posso localizar aquela peça? Quão rápido posso ir buscá-la? É o mesmo no mercado de logística." Chudy acredita que velocidade é importante e processar o volume de dados de imagem necessário para pegar as peças até agora limitou essas aplicações. "[Agora] estamos vendo essas aplicações florescendo neste mercado à medida que a tecnologia cresce e se torna mais forte e menos intensiva em manutenção", disse Chudy.

Ele disse que soldagem sem fixação e soldagem inteligente também estão sendo estudadas, em que "você está apresentando a peça e parte para uma câmera e ela está decidindo como soldá-la, e as tolerâncias, e medindo os gaps, e fazendo todas as coisas que um programador tradicional faria. Funciona bem no laboratório, mas não implementamos em produção ainda."

Tecnologia de visão é central para esses sistemas. E como Chudy colocou, isso costumava "fazer muitos caras na indústria de metal ficarem nervosos", porque sistemas de visão anteriormente requeriam técnicos especializados para instalar e manter. "Agora essas aplicações mais novas são capazes de auto-monitorar."

Motley também falou de tecnologia de visão como um enorme habilitador que ficou mais fácil de implementar. "Quando você dá olhos a um robô para ser capaz de se adaptar ao ambiente, isso permite todo tipo de coisa em termos de custo reduzido para configurar uma aplicação, tempo de troca reduzido, menos peças alteradas, melhor flexibilidade, maior confiabilidade, e inspeção em processo." Ele disse que a nova tecnologia de visão 3D da FANUC, chamada 3DV, oferece "um sensor versátil e compacto que pode facilmente ser construído no tooling de fim de braço em um robô. O robô literalmente carrega seus olhos com ele em vez de ter apenas um sensor estacionário, embora sensores estacionários ainda tenham seu lugar." E uma nuvem de pontos 3D fornece ao robô muito mais informação que uma imagem 2D plana, ele adicionou. Com mais informação sobre o que está na frente dele, "o controle do robô é melhor capaz de decidir o que fazer a seguir."

Manufatura em Metal

Manusear embalagens e proteínas é bem diferente de uma aplicação típica de trabalho em metal. Então, como Dave Suica, presidente da Fastems LLC, West Chester, Ohio, explicou, a tecnologia de garras está mudando. "Começamos a ir para garras controladas por servo. Muitas das peças são deformáveis. Uma garra de força regular pode aplicar força demais, mais do que o necessário para superar o fator de atrito para levantar a peça. Com controle servo, você vai para uma posição, e então tem um override para quanta pressão aplica." Mais geralmente, Suica disse que as pessoas estão tendendo para automação "de ponta mais alta" que não requer trocar garras manualmente para trocar trabalhos. "Com automação inteligente e trocas automáticas de garras, e controle por computador versus um CLP, você pode torná-lo dinâmico. Você pode trocar da peça A para peça B para peça C sem nenhuma pessoa lá. Temos sistemas que rodam por 72 horas autonomamente."

Enquanto a Fastems é mais conhecida por grandes sistemas de manufatura flexíveis (FMS), ela lida com toda a gama de configurações de robôs e manuseio de paletes. Suica disse que a pandemia causou algumas empresas a comprar e automatizar máquinas únicas apenas para rapidamente reshoring um certo produto. Mas se a Fastems entrega um grande FMS ou um robô para uma máquina única, "ainda tem uma linha completa de software de gestão de manufatura", disse Suica. "Ainda tem agendamento. Ainda tem as capacidades de rodar peças diferentes em tempos diferentes." A Fastems se orgulha de ser capaz de integrar com o sistema ERP de uma empresa para agendamento preditivo e dinâmico. "Então, conforme o sistema ERP muda os requisitos, nós automaticamente mudamos a sequência de qual peça é feita quando, de forma que você mantenha seu fluxo sem construir estoque."

Voltando ao desafio de embalagem e montagem, Motley disse que as raízes automotivas da FANUC serviram bem. "Nossa capacidade de dispensar um cordão de selante para vedar uma carroceria de carro antes da pintura, e coordenar isso muito firmemente com movimentos do robô de forma que quando você vai rápido, você não obtém um ponto fino no cordão de selante ... e quando você vai devagar em uma curva você não obtém um grande acúmulo grosso ..." contribuiu diretamente para ser capaz de dispensar adesivo em operações de montagem.

Controle Remoto Move para HTML5

O aumento na automação e distanciamento social impulsionado pela pandemia, por sua vez, destacou a necessidade de capacidades de monitoramento remoto. Monitoramento remoto não é novo, e virtualmente todos os fabricantes de controle, automação e máquinas oferecem tais soluções. Mas a Fagor Automation–USA, Elk Grove Village, Illinois, recentemente foi um passo além acelerando o lançamento de uma arquitetura de controle baseada em HTML5. Como Gerente Geral para América do Norte Harsh Bibra explicou, HTML5 não é apenas baseado em navegador, é "consistente across multiple browsers. Uma pessoa pode estar usando um iPhone. Outra pode ter um dispositivo Google. Uma terceira pessoa poderia estar usando Windows 10 em um laptop. Com uma interface baseada em HTML5 na máquina, todos veriam a mesma coisa de maneira similar. HTML5 torna sua máquina independente de plataforma."

HTML5 fornece melhor acesso móvel a business intelligence também, disse Bibra, junto com geolocalização. Com geolocalização, ele apontou, você pode limitar conexões remotas a dispositivos que estão em locais específicos, melhorando assim a segurança. Por exemplo, você poderia limitar uma conexão remota à casa de um funcionário, mas não em outro lugar, para prevenir acesso se o funcionário perdesse o telefone. O que mais, adicionou Bibra, "HTML5 é sem limites. Dependendo do poder da lógica que você escreve, ou do poder da interface homem-máquina que você cria, pode fornecer o N-ésimo grau de liberdade no sentido de que a pessoa do outro lado pode ter acesso a qualquer coisa." Isso significa que você poderia capacitar uma conexão remota a não apenas monitorar atividade, mas também inserir comandos de máquina, como cycle start ou cycle stop. Em outras palavras, controle remoto é o máximo em distanciamento social.