Automação para todos

A automação era apenas para grandes fábricas, mas agora pequenas oficinas também podem se beneficiar

A automatização de job shops está se acelerando, impulsionada pela influência combinada da Indústria 4.0, pela contínua escassez de mão de obra qualificada e pela pandemia do COVID.

A disponibilidade de opções de transporte robótico e de material mais personalizadas do que nunca está ajudando os fabricantes menores a produzir mais enquanto movem os operadores para tarefas de maior valor agregado. A crescente demanda por equipamentos de proteção individual (EPI), juntamente com a necessidade de proteger os trabalhadores, também aumentou os esforços de automação das lojas.

Os benefícios da automação, claramente ampliados durante a pandemia, foram resumidos com clareza por Courtney Ortner, diretora de marketing da Absolute Machine Tools, com sede em Lorain, Ohio:“Com o uso de cobots (robôs colaborativos), você tem um parceiro de trabalho e não não precisa se preocupar com o distanciamento social. Além disso, muitas lojas estão perdendo trabalhadores para a quarentena, o que permite que uma loja continue funcionando mesmo com a perda de funcionários. E não podemos esquecer que os recursos de fabricação de luzes apagadas são mais comuns devido ao uso da automação; mesmo com um cobot, você pode configurar um trabalho na sexta-feira à noite e na segunda-feira de manhã está pronto, muitas vezes permitindo que você esteja à frente do seu ciclo de produção.”

Marcha dos Cobots

Os robôs costumam ser a primeira coisa em que as pessoas pensam quando o assunto se volta para a fabricação automatizada. Sua variante segura para humanos, os cobots, continuam melhorando em facilidade de configuração, flexibilidade e carga útil.

Desde sua introdução, há 15 anos, as unidades da Universal Robots (UR), Boston, tornaram-se um pilar nas oficinas, principalmente em ambientes de alta mistura e baixo volume. Com uma versão de carga útil de 16 kg (UR16) lançada em 2019, a UR continua a expandir os limites de onde os robôs podem se encaixar em um fluxo de trabalho de produção.

2020 foi um ano especialmente movimentado, observou Joe Campbell, chefe de marketing da UR para a América do Norte. Dois temas surgiram:a reorganização impulsionada pela pandemia e a adoção de novos modelos de produção.

Pequenas lojas em particular – pressionadas a usar com eficiência cada centímetro de imóveis limitados – estão implantando cobots para manter os trabalhadores socialmente distanciados, observou ele. “Se você tem um conjunto de três ferramentas, você coloca um ou dois cobots para dar espaço para os operadores respirarem.”

Além disso, as lojas estão despertando para como os cobots podem aumentar os resultados. “As lojas estão dando uma olhada diferente” na programação de dias da semana “e encontrar a equipe de fabricação está aberta a mais flexibilidade”. Um cliente da UR criou um turno de fim de semana e descobriu que muitos membros da equipe abraçaram a nova oportunidade. Em outros casos, as lojas que anteriormente apresentavam um operador qualificado que realizava a configuração e o carregamento da máquina adicionaram cobots para a função de carregamento enquanto o operador supervisiona várias máquinas.

As unidades UR economizam horas nas lojas no tempo de configuração. Eles podem ser configurados para funcionar no piso, parede ou teto através da tela sensível ao toque; outros robôs geralmente são construídos especialmente para uma orientação específica. Os tempos de ciclo também são reduzidos, principalmente porque os cobots UR podem ser configurados com uma garra dupla para descarregar simultaneamente uma peça acabada e inserir uma nova peça bruta.

Fundamental para a flexibilidade da UR é a capacidade de combinar seus cobots com uma variedade de equipamentos e softwares de terceiros. Eles são acessados ​​por meio do programa UR+, “uma espécie de loja de aplicativos” para a UR, disse Campbell. Interfaces mecânicas, elétricas e de software para robôs UR são publicadas e terceiros desenvolvem produtos para atender a essas especificações. “Mais importante, eles os enviam para nós para teste e validação. Se dissermos que uma garra é plug-and-play, é porque a testamos.”

Incluídos no ecossistema de 288 periféricos da UR estão revistas de peças, sistemas de visão, sensores, opções de montagem, capas de robôs e aplicativos. Por exemplo, o Beacon da Hirebotics permite que os operadores monitorem os cobots por meio da nuvem. “Você pode analisar as estatísticas de produção e fazer ajustes rapidamente”, disse Campbell.

Em março, o programa UR+ foi expandido para incluir kits de aplicação que combinam componentes como garras com software “para resolver um problema de aplicação específico”. Um kit, da Robotiq, apresenta uma lixadeira orbital, hardware de montagem, mangueiras de vácuo e software que permite aos usuários programar um protocolo de lixamento para um produto como móveis ou armários. “Você pode programar contornos complexos em minutos, não em dias”, disse Campbell. Enquanto isso, o kit ActiNav da UR é um kit de carregamento de máquina flexível que permite aos usuários pegar peças de uma caixa e carregá-las em várias máquinas em uma orientação precisa. “Você pode introduzir uma nova peça no sistema em menos de uma hora.”

Outra chave para que as lojas adotem a automação é a opção de treinamento virtual. A UR recentemente ultrapassou o marco de treinar mais de 100.000 operadores online por meio da UR Academy, que oferece módulos de treinamento gratuitos em programação e implantação de cobots UR.

“Se você tiver que enviar seus três maquinistas para fora do local por quase uma semana para serem treinados, sua produção será esmagada”, disse Campbell. Pequenas lojas são “realmente atraídas pela capacidade de fazer 90% de seu treinamento online”.

Carregamento rápido para o futuro

Além das pressões de automação da pandemia, a relocalização da produção para os EUA é outro grande impulsionador de robôs e equipamentos de carregamento para oficinas.

“Fabricantes e oficinas que têm sido historicamente lentos para adotar a robótica estão começando a adotar a robótica mais do que nunca”, disse Jake Corning, gerente de produto e engenheiro mecânico da Acieta LLC, Waukesha, Wisconsin. o interesse e as encomendas aumentaram desde o início da pandemia. Eles veem o benefício que a robótica oferece ao manter suas máquinas funcionando e peças sendo fabricadas mesmo em tempos de distanciamento social, funcionários doentes e/ou desligamentos que estão afetando as capacidades de produção.”

Além disso, com a cadeia de suprimentos global interrompida, “eles também veem que a pandemia trará uma tremenda quantidade de onshoring de volta aos Estados Unidos. Eles enfrentarão uma escassez de mão de obra ainda mais significativa do que antes da pandemia se não adotarem a automação. Em última análise, apesar da tragédia que a pandemia infligiu em nosso país, os fabricantes dos EUA já estão adotando mais confortavelmente a tecnologia robótica e estão vendo os benefícios que melhorarão sua competitividade, melhorarão a satisfação e a lealdade no trabalho dos trabalhadores e entregarão ao consumidor americano mais competitivo preços.”

A Acieta oferece uma gama de soluções particularmente adequadas para rotinas de alto mix e baixo volume, explicou Corning.

“Os sistemas FastLOAD CX1000 e CR2000 foram projetados para serem fáceis de usar para usuários iniciantes de robôs”, disse ele. “Nossa interface de tela sensível ao toque para o CR2000 facilita muito a operação do robô com diferentes tamanhos de peças. O operador só precisa inserir os parâmetros da peça e o sistema ajusta automaticamente o programa para executar as novas peças. As garras do robô e a fixação das peças são flexíveis para uma ampla variedade de tamanhos de peças, de modo que muitas peças diferentes podem ser executadas no mesmo sistema.”

As trocas no CR2000 podem ser feitas em minutos, e os sistemas CX1000, CR2000 e DR2000 são projetados para que o robô possa continuar funcionando enquanto o operador está carregando ou descarregando peças. “Isso permite que as máquinas trabalhem sem parar durante os intervalos, almoços e até mesmo fora dos turnos, desde que haja peças de entrada suficientes.”

Montado sobre rodas, o CX1000 é fácil de manobrar no chão de fábrica. Também está disponível com várias opções de carrinho de fixação de troca rápida e usa o robô CRX-10iA/L da FANUC, “que possui uma interface de tela sensível ao toque muito fácil de usar com ícones de programação de arrastar e soltar”, disse Corning. “Quando seus desafios são mais complexos ou de maior escala, nossas soluções personalizadas também podem ser projetadas para execuções de peças de alto mix e baixo volume usando tecnologias como visão, trocadores de ferramentas de ponta de braço e fixações flexíveis.”

As células de manutenção de máquinas que acompanham Acieta provaram ser populares, observou a Corning. “São sistemas robóticos padrão projetados para trabalhar com uma ampla variedade de peças. Como são produtos padrão pré-projetados, são muito mais baratos do que um sistema personalizado tradicional e podem ser entregues em menos de uma semana. Todos os três sistemas podem cuidar de várias máquinas-ferramentas ao mesmo tempo. Além disso, nossos sistemas CX1000 e CR2000 utilizam robôs colaborativos, que ajudam a maximizar o uso do espaço, pois não exigem cercas de segurança.”

Para oficinas de automação pela primeira vez, um ótimo ponto de partida é o CX1000 colaborativo, disse Corning. Ao liberar os trabalhadores de tarefas repetitivas, a automação permite que eles “aprendam a programar ou fazer manutenção em um sistema robótico. Um operador que antes cuidava de uma máquina agora pode gerenciar sistemas robóticos em várias máquinas.”

Resolvendo problemas essenciais

Com seu profundo conhecimento das necessidades exclusivas de usinagem e oficinas, a Methods Machine Tools Inc., em Sudbury, Massachusetts, ajuda os fabricantes a automatizar com o objetivo de atrair mais negócios e, ao mesmo tempo, criar uma força de trabalho mais qualificada.

“Precisamos de mais bons maquinistas”, afirmou John Lucier, gerente de automação da FANUC para Methods. “É nisso que os robôs nos ajudam. Os robôs ajudam as oficinas a conseguir mais empregos para que possam colocar mais maquinistas para trabalhar.” Um maquinista bem treinado não está carregando e descarregando máquinas, “ele está configurando-as, escolhendo ferramentas e escrevendo programas”.

Como outros fornecedores, a Methods viu um aumento na automação relacionada à pandemia, disse ele, principalmente na produção de peças de ventiladores.

Antes da pandemia, Lucier lembrou-se de visitar muitas lojas de baixo volume que estavam analisando a automação pela primeira vez. Operações de médio volume que trocam células duas ou três vezes por semana para produzir cerca de 5.000 peças estão se tornando comuns, e a Methods fornece a linha Job Shop Cell Pro baseada em transportador para esses ambientes. Divisores de pista ajustáveis ​​permitem uma troca rápida entre peças pequenas e grandes. Outra opção popular é uma série de gavetas com chapa de aço ou alumínio com furos para 20 a 40 peças.

O workholding é outra consideração importante, acrescentou Lucier; tornos automatizados são uma solução relativamente simples. “Não precisa ser complexo, com grampos giratórios e coisas assim. Pode ser algo como um bom e velho mandril ou torno com pneumática ou hidráulica para abrir e fechar, e você está fazendo suas próprias mandíbulas - não muito diferente do que muitas lojas estão fazendo com tiragens de cerca de 50 peças.

Para peças de menor volume, mesmo com tamanhos de lote de um, a Methods oferece os sistemas de carrossel de armazenamento rotativo robótico Plus-K e Plus-K 60. “Não estamos tornando o robô específico para peças; o robô está configurado para trazer suporte genérico para dentro e para fora da máquina, seja um pequeno torno ou palete. O robô está configurado para capturar um recurso comum na frente do suporte de trabalho.” As peças são carregadas em uma morsa manual e o robô é pré-programado para atuar como um sistema de carregamento de paletes; nenhuma programação do usuário final é necessária. Este sistema também aprimora a oferta de ferramentas padrão na RoboDrill, passando de 21 para 161 ferramentas opcionais.

Com soluções como essas, as oficinas normalmente veem o retorno do investimento em menos de 12 a 18 meses. “Nosso objetivo é convencê-lo a operar dois ou três turnos – pegar uma célula robótica, encher o sistema de alimentação com peças e voltar para casa às 17h, e obter de duas a seis horas de tempo de execução. Se eu conseguir um sistema automatizado que lide com 80% do trabalho que você planeja fazer, estamos indo muito bem.”

As soluções da Informing Methods são uma conexão de longa data com as oficinas e o conhecimento de como elas funcionam, observou Lucier, ele próprio maquinista de profissão. Por exemplo, muitas vezes ele lembra às lojas que elas podem usinar suas próprias garras de aço ou alumínio. E ajustar os programas pré-fornecidos nos robôs pode ser mais fácil do que a programação CNC. O grupo de integração de automação da empresa está ciente dos problemas que envolvem as máquinas-ferramentas, desde refrigeração e cavacos até rotação de ferramentas, vida útil da ferramenta, rebarbação e muito mais.

“Se você vai colocar robôs em máquinas-ferramentas, você quer um integrador de robôs que faça isso”, concluiu Lucier. “Os benefícios dos robôs não devem ser difíceis de justificar.”

Avaliando a necessidade, aumentando a velocidade

A compreensão das necessidades de automação de uma job shop começa com uma avaliação completa do volume necessário para aumentar a produtividade.

Quando contratado por um cliente, disse Ortner da Absolute, “nós fazemos um layout do sistema, decidimos as melhores práticas para automatizar – sistemas de transporte, robôs, manuseio de matéria-prima, manuseio de peças de acabamento – e depois projetamos em CAD para garantir que todas as peças se encaixem em seu piso plano, o tempo todo trabalhando dentro de seu orçamento.”

Além de oferecer uma variedade de equipamentos de automação padrão, de cobots a manuseio de peças e monitoramento, a Absolute “oferece um pacote pronto para uso”, disse Ortner. “Nós adquirimos o que sentimos ser a melhor solução e trabalhamos com esses fornecedores para garantir o sucesso.”

A experiência da Absolute em adquirir o equipamento certo compensa claramente, ela observou. “Um cliente usando um cobot OB7 está obtendo 20% mais eficiência e muito menos refugo em um turno. Eles são capazes de reduzir os prazos de entrega em duas semanas nesta execução específica, o que abre a máquina ou célula para trabalho adicional para um ROI mais alto. Além disso, como eles não precisam fazer tarefas repetitivas com tanta frequência, há menos pedidos de indenização para a empresa – e os trabalhadores também não ligam para dizer que estão doentes, economizando muito dinheiro. ”

Como outras oficinas descobriram, a maior disponibilidade de operadores para outras tarefas geralmente significa que “eles têm mais tempo para contribuir com os processos gerais, como verificações de controle de qualidade. Eles estão mais envolvidos no gerenciamento de processos do que simplesmente apertando botões e estão menos entediados e cansados.”

A obtenção desses benefícios pode ser surpreendentemente econômica, acrescentou Ortner. “Nossa linha de cobots da Productive Robotics começa em US$ 34.900 para o pacote básico de CNC. Você pode ir do pacote básico do CNC e atualizar para uma célula totalmente integrada usando vários cobots, transportadores, medição em processo e métodos de apresentação de peças.”

Monitoramento para obter mais resultados

Para ajudar as oficinas a manter os trabalhos dentro do cronograma e executar mais projetos sem supervisão, a Mitsubishi Electric Automation Inc., em Vernon Hills, Illinois, oferece seu Integrated Machine Analytics (IMA) baseado em MTConnect para monitoramento de máquinas. O aplicativo IMA Mobile oferece uma entrada fácil de instalar no monitoramento de máquinas.

Com o IMA, as oficinas “podem entender melhor a produção, o que ajuda a agendar com precisão os trabalhos para aproveitar ao máximo suas máquinas e horas de trabalho disponíveis, bem como licitar com mais precisão para mais trabalhos”, disse Robert Brodecki, gerente de produtos de serviços móveis do IMA. para Mitsubishi Electric Automation.

O único hardware necessário é o cabeamento Ethernet e um hub/switch se conectar várias máquinas, e leva de 5 a 10 minutos para configurar uma máquina, explicou ele. “Com o ponto de baixo custo, os usuários podem ver o ROI em poucos dias, especialmente se estiverem executando uma produção autônoma ou sem luz e tiverem perdido tempo de produção devido a uma falha da máquina e não descobrir até mais tarde. Com as notificações do IMA Mobile, você saberá em 10 a 15 segundos se uma máquina parou de cortar, não importa onde você esteja.”

O monitoramento da máquina melhora significativamente o rendimento, acrescentou. “Apenas olhando para o estado de execução, muitas oficinas geralmente têm máquinas executando tarefas entre 25 e 40 por cento de seu tempo disponível. Por meio do monitoramento simples do status atual via IMA Mobile, eles podem rapidamente passar para 50% ou mais, podendo atender imediatamente qualquer máquina que tenha parado a produção por qualquer motivo. Esses são dados reais direto da máquina também; ele remove o jogo de adivinhação de quanto tempo a máquina estava cortando, inativa ou desligada.” As horas de máquina disponíveis são expandidas com a execução de mais turnos com menos trabalhadores – ou sem supervisão – sem perda de produção devido a uma paralisação inesperada.

Com o IMA Mobile, os operadores podem passar para tarefas de valor agregado “sabendo que o aplicativo os notificará quando o trabalho for concluído ou interrompido por algo que precise de atenção”.

Com custo de entrada relativamente baixo, observou Brodecki, o IMA permite que os usuários “compreendam sua produção e façam melhorias, bem como iniciem projetos de usinagem mais simples e autônomos, garantindo que suas máquinas continuem funcionando. Como tudo é construído em torno do padrão MTConnect, se um usuário decidir mudar para um sistema de monitoramento mais aprofundado e personalizável, ele não precisará pagar para que suas máquinas sejam conectadas novamente; eles simplesmente apontam o novo software para os agentes MTConnect e os dados da máquina são rapidamente acessíveis.”

Essa facilidade de entrada foi particularmente importante para automatizar em tempos de COVID, concluiu. “Faz sentido, já que as empresas estão procurando automatizar mais, mas é difícil saber exatamente onde e como sem dados de produção precisos para identificar as áreas a serem automatizadas. No início da pandemia, muitas empresas com as quais estávamos conversando ainda estavam em dúvida sobre o monitoramento de máquinas. À medida que a pandemia avançava e as empresas perceberam que não conseguiriam mais evitar a automação e as soluções de trabalho remoto, eles estão movendo esses projetos para o topo da lista.”