Liderando o Caminho: Duas Mulheres Transformando a Automação Aeroespacial

Automatizar a manufatura e montagem de componentes aeroespaciais e de defesa não é tarefa simples. Peças são frequentemente complexas, com uma mistura alta/baixa de componentes que variam de robustos a micro em tamanho, e esta gama diversa não se empresta necessariamente à automação.

Múltiplos conjuntos de habilidades são necessários para automatizar estas tarefas — e para liderar as equipes que as levam à fruição. Podem ser da variedade de engenharia dura: codificação, robótica, inteligência artificial/machine learning, metrologia. Frequentemente, requerem certas "habilidades suaves", como construção de equipe e liderança, e traços de personalidade, como tenacidade, curiosidade e pensamento criativo.

Duas executivas de engenharia líderes, Nicole Williams na The Boeing Co. e Marie-Christine Caron na GE Aviation, supervisionam esforços de automação em suas respectivas empresas — e possuem estas habilidades em abundância.

As mulheres, que a revista Smart Manufacturing este ano nomeou como duas das "20 mulheres deixando sua marca em robótica e automação", falaram recentemente em um webinar relacionado (https://bit.ly/Robotics2paths) — detalhando como começaram, os papéis que desempenham, os problemas e desafios que enfrentam e o que o futuro reserva para a próxima geração de engenheiras.

Rotas Diferentes para o Sucesso

Estas mulheres chegaram a suas posições corporativas através de diferentes escolhas de vida, acadêmicas e de carreira.

Para Williams, uma vida de matemática e ciência parecia conclusão precipitada. Sua vida doméstica era como um playground de engenharia: Seu pai e tio eram engenheiros elétricos, e sua tia era engenheira mecânica. Pela casa havia eletrônicos apenas esperando para serem desmontados para ver como funcionavam. Superfícies planas eram lar para revistas de codificação que permitiram Williams praticar suas habilidades de codificação nascentes, e protótipos de enfeites e cartões musicais que seu pai trazia para casa de seu trabalho como engenheiro de desenvolvimento na Hallmark. (Um favorito da infância era um enfeite que exibia uma cena de férias coberta de neve em 3D com um pequeno trem chugando através de um túnel.)

"Desde muito jovem, tenho interesse em desmontar coisas, computadores, programação e resolução de problemas", disse Williams. "Sempre gostei de matemática. É consistente e confiável. Não é arbitrário ou caprichoso ou mutável."

Sua tia engenheira mecânica ensinou que engenheiros mecânicos podem trabalhar em qualquer coisa, desde projetar produtos comerciais a implantes médicos a robótica e instalações nucleares.

"Realmente gostei da variedade de projetos que eu poderia apoiar. Adorava aprender coisas novas, usar minhas habilidades para resolver diferentes tipos de problemas, tanto dentro quanto fora do trabalho", disse ela.

Seu interesse em robótica começou na Universidade de Missouri-Rolla (agora Missouri S&T) onde trabalhou com um robô de configuração SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) para classificar blocos de madeira retangulares de circulares e pegar e colocar conforme necessário.

Este projeto acadêmico ajudou a aprimorar suas habilidades de programação — habilidades que ela disse ajudaram a ser contratada na The Boeing Co. em 1999.

Inicialmente, Williams apoiou um robô de desenvolvimento empregado para manusear uma variedade de peças. O robô estilo gantry apresentava um efetor final grande que continha carretéis de fibra de carbono, material epóxi. A máquina usava programação B+, e muitas de suas primeiras atribuições envolviam criar desenhos para esta unidade.

Enquanto trabalhava nestas atribuições, ela absorveu outras habilidades.

"Aprendi sobre o processo de aplicação de patente e quão difícil pode ser e quanto tempo o processo pode levar", disse ela. "Logo me envolvi em programação com um produto [software de simulação robótica] chamado IGRIP, criando ferramentas de programação de robô e ferramentas de simulação para programas de robô."

Ela se tornou adepta no uso de uma invenção da Boeing chamada RAC, ou autocomando de montagem de robô, que dependia de uma autonomia baseada em metas que ao longo do tempo permitiria à empresa melhorar sua eficácia geral do equipamento (OEE), qualidade na primeira vez e usabilidade tanto para manutenção quanto para mecânicos.

"Para tornar a automação o mais flexível possível em um ambiente aeroespacial, confiamos fortemente neste controle baseado em metas", disse ela. "Em vez de escrever um script explícito de ações para o robô completar ou executar como na programação tradicional de robô, damos a ele um conjunto de metas e regras sobre como completar estas metas."

Em um projeto, uma célula de trabalho apresentava localização usando visão de máquina, controles supervisores baseados em metas RAC e precisão do robô através de calibrações cinemáticas.

"Temos calibração cinemática específica que usamos para nossos robôs. E então um uso completo de OOP sem qualquer retoque", disse ela, referindo-se a programação orientada a objetos. "Isso é algo que acho bastante raro, ser capaz de pegar um programa direto do computador do programador NC e rodá-lo na oficina sem ter que fazer muito dry running ou ajuste."

Tornou-se papel de Williams montar todos os modelos no IGRIP, que é programado usando uma linguagem de simulação gráfica e interpretador de linha de comando. "Cada programa individual e sistema robótico teve que ser simulado para identificar problemas potenciais antes da produção", disse ela.

Uma questão que se apresentou foi furar furos em pilones de C-17.

"Na época, eu era a única com o software e capacidade de juntar todas as peças na célula de trabalho, incluindo ferramental, a peça, o robô e o efetor final. Identificamos porções do ferramental que estavam bloqueando áreas que o robô precisava acessar para furar [os pilones]. No final, acabamos tendo que cortar parte do ferramental para permitir acesso para o efetor final do robô."

Este projeto lhe ensinou uma lição importante, e essa foi reunir todos os stakeholders mais cedo no processo e simular múltiplas condições e cenários antes da construção. De fato, muitas das simulações que Williams criou têm sido usadas em reuniões com fornecedores de máquinas-ferramenta, ajudando todos os stakeholders a visualizar preocupações.

"Isso frequentemente afetava o design e modificações da máquina", disse ela. "Logo comecei a viajar para treinar programadores NC em como usar as ferramentas que desenvolvemos, e como usar as simulações em um ambiente de aeronave de produção."

A ideia de usar automação e robótica como uma ferramenta que aumentava flexibilidade da força de trabalho e facilidade de uso do trabalhador é um conceito que seguiria Williams através de sua carreira. É uma mentalidade que Caron também acredita, e que empregou enquanto construía sua carreira.

Acadêmicos e Atletismo

Como Williams, Caron encontrou ciência e matemática como forças motrizes. Mas foi sua habilidade na quadra de tênis que literalmente a serviu bem quando chegou a hora de estudar para uma carreira em engenharia.

"Entre em contato com muitas das universidades nos EUA que tinham programa de tênis, e disse a elas: 'Ei, moro em Quebec. Jogo tênis e quero estudar engenharia'", disse ela.

Antes de ganhar sua bolsa de tênis para a Universidade de Massachusetts em Amherst, ela enviou cartas para 50 escolas nos EUA.

Com bolsa em mãos, ela pulou para uma nova vida, em um novo país, com uma nova cultura, e aprendeu a equilibrar acadêmicos e atletismo.

Esses desafios "me fizeram acreditar em mim mesma e entender o fato de que, mesmo se você não sabe o que esperar, ainda pode se divertir e ter sucesso", disse Caron. "Desenvolveu minhas habilidades de resiliência e adaptação, e abriu minha mente para outros e realmente conhecer e realmente entender como posso ser bem-sucedida e como me encaixo em uma equipe."

Após formatura, Caron voltou ao Canadá e pegou um emprego na IBM, trabalhando em microeletrônica. "Quando você fala microeletrônica, você fala automação porque tudo é tão pequeno e [montagem] tão rápida que tudo é automatizado. Essa foi minha primeira introdução à verdadeira automação e realmente me fez amar o elo entre tecnologia, logística e qualidade — para fazer o melhor produto da maneira mais eficiente."

Caron subiu a escada da IBM, e eventualmente foi promovida a gerenciar equipes de engenharia. "Fui de ser uma pessoa técnica a líder, mas sempre estive muito ligada à tecnologia, tentando fazer a equipe ser muito bem-sucedida."

Após 13 anos, ela se juntou à instalação da GE Aviation em Bromont, Quebec. Este salto de carreira a levaria de uma "equipe super precisa, mini microeletrônica para mundo de aviação super robusto, mas, ao mesmo tempo, muito complexo."

A localização de Bromont fabrica componentes de motor para aeronaves Boeing e Airbus, e abriga o Centro Global de P&D de Robótica, Automação e Instrumentação da empresa que desenvolve processos robóticos avançados e aplicações de software.

Não muito tempo depois que ela se juntou à GE, houve uma abertura no Centro de Pesquisa Global, conhecido como GRC, e ela "pulou nessa oportunidade."

Enfrentando Desafios

O trabalho no GRC permitiu a ela explorar ainda mais o que poderia ser feito com automação e robótica de uma perspectiva de engenharia.

Uma atribuição de nove meses na República Tcheca ajudou a aprimorar habilidades adicionais. Lá, Caron não era apenas uma especialista em automação ou robótica, ela era gerente de projeto.

"Tive sorte de fazer parte do programa de desenvolvimento de motor em Praga", disse ela. "Aprendi a ser realmente aberta em cultura e entender seus processos de manufatura. Tinha muitas [minhas próprias] respostas, mas elas não se encaixavam necessariamente com a forma como eles viam as coisas. Aprendi que precisava entender as restrições, entender o ambiente e propor a evolução certa para cada local."

Embora automação possa trazer ganhos produtivos, Caron aprendeu que usuários potenciais nem sempre aceitam a ajuda tão prontamente.

A mentalidade de alguns é que se precisam mais capacidade, eles simplesmente mandam um corpo extra. O cerne desta preocupação são empregos.

"As pessoas eram como, 'vai tirar nossos empregos.' Não, não vai; vai segurar seu emprego. Porque vocês farão mais peças, mais precisamente e ainda usaremos seu cérebro para outros trabalhos", disse ela.

Uma de suas atribuições mais desafiadoras analisou um projeto manual que exigia que vedações fossem inseridas em pequenas montagens.

Em uma peça de duas por duas polegadas (50,8×50,8 mm), por exemplo, o trabalhador de montagem pode ter que inserir 40 vedações com pinças. "Era trabalho muito tedioso para os operadores fazer e levava uma eternidade. Então como você automatiza isso?"

Para um humano, é uma tarefa fácil, embora trabalhosa: Simplesmente pegar e colocar as vedações.

Humanos podem determinar se a vedação está assentada corretamente, ou pelo menos dentro da especificação, e até se a vedação está presente.

Mas há "muita coisa que seu cérebro faz que é bastante difícil de colocar em um sistema", disse Caron.

Para automatizar este processo de montagem, visão de máquina foi instalada e IA/machine learning integrada em uma célula de trabalho.

"Automação robótica não é apenas robôs, é tudo ao redor", disse ela. "Como você vê [inserção de vedação], como você localiza, como você sabe onde está no espaço 3D, e como você executa uma tarefa de forma confiável toda vez?"

Para ajudar a realizar isso, cinco câmeras diferentes foram instaladas dentro da célula de trabalho, cada uma tendo uma aplicação específica.

Analisando as imagens, IA pode determinar uma vedação boa de ruim. "Se você dissesse 'bom' ou 'sem bom' sem a IA, o sistema diria, 'É diferente, então é sem bom.' Mas IA traz aquela capacidade extra de dizer, 'Não preciso que seja preto e branco; pode ser cinza'", disse Caron.

Imagem e IA na Boeing

Desde os dias de faculdade de Williams onde usou tecnologia de imagem para classificar blocos de madeira, até sua pesquisa de pós-graduação que usou dados de imagem para treinar uma série de redes neurais, ela utilizou extensivamente técnicas de imagem e IA para resolver desafios de automação.

Um projeto, que renderia a Williams e sua equipe um prêmio Boeing Silver Phantom, analisou padrões de furação em componentes aeroespaciais para aeronaves comerciais.

O esquema de controle usou conceito RAC da Boeing e incorporou escaneamento de peça, bem como dados sobre ferramental e características da peça, para determinar posições finais de furação precisas.

"Na construção de aeronaves, distância de borda é um dado importante", disse ela. "Se você fura um buraco muito perto da borda de uma costela ou longarina, você arrisca falha prematura daquela peça."

Enquanto a gama de projetos de Williams é diversa, ela disse que um dos projetos mais eficazes em que trabalhou foi também um dos mais simples: rastrear ferramentas dos trabalhadores.

Anteriormente, para garantir que ferramentas são contabilizadas no final do dia, um técnico pegava um pedaço de espuma e desenhava a forma de uma ferramenta no material. Eles então pegavam uma Dremel e esculpiam à mão a forma da ferramenta.

A solução automatizada usava um carrinho móvel no qual os trabalhadores colocam suas ferramentas e um sistema de visão de máquina capturava uma imagem da caixa de ferramentas, traduzia em imagem binária, depois traduzia em arquivo Excel e finalmente o arquivo era enviado para um cortador a laser para cortar a espuma.

"Tivemos que resolver muitos desafios do sistema de visão. Algumas ferramentas são particularmente brilhantes. Alguns trabalhadores fizeram 'ajustes personalizados' em suas ferramentas, como adicionar fita", disse ela. "Por isso não podíamos usar um sistema pronto."

"Foi um projeto bem simples, que se juntou muito rapidamente, mas salvou nossos operadores que puderam ir de talvez finalizar oito ou 10 [gavetas de] ferramentas por dia para serem capazes de completar múltiplas caixas de ferramentas completas em um dia", disse Williams. "Foi um aumento de vazão realmente dramático para a equipe."

Líderes de Equipe do Futuro

No longo prazo, o objetivo é fazer peças melhores, mais custo-efetivas. E os talentos que Williams e Caron trazem para suas posições estão fazendo isso acontecer em instalações da GE e Boeing ao redor do mundo.

E, embora as mulheres ainda sejam um pouco uma anomalia na engenharia de manufatura, estas duas mulheres provaram que não existem empregos "apenas para homens".

Williams e Caron trabalharam com e para e lideraram colegas homens — e subiram ao topo de suas profissões.

Cada uma fez isso através de trabalho duro, e vontade de aprender e tentar coisas novas.

Para a próxima geração de engenheiras e executivas de empresas de manufatura, a dupla insta aquelas considerando estas profissões a seguir as coisas que as interessam e inspiram.

"Pense no que conecta você, no que impulsiona você, seja uma tecnologia particular, um conjunto de habilidades particular, ou grupo particular de pessoas que você conhece", disse Williams. "E então continue sua educação. Faça uma aula, faça algumas aulas. Apenas mergulhe o dedo na água e veja o que interessa você, e o que realmente impulsiona você."

Caron concordou: "Vá com seu coração. Se você gosta de matemática, não se preocupe. Essa profissão está evoluindo e há tantos ramos que você pode pegar. Não tenha medo de tentar. Confie em si mesma, seja você mesma, e faça o que você ama.

"Você cresce de cada passo de sua experiência de trabalho e experiência de vida", Caron adicionou. "Aproveite o máximo deles, e pegue os pequenos fragmentos e junte-os no que você quer se tornar e como você quer ser. E realmente, para mim, esta jornada de automação é realmente um exemplo disso."