Colaboradores Robóticos: Simplificando Produção em Era Global de Escassez de Talentos

Altas dinâmicas de mercado, competição crescente devido à globalização, mas também desenvolvimentos demográficos e a crescente escassez de trabalhadores qualificados, estão apresentando às empresas de produção alemãs grandes obstáculos. Estas mudanças afetam particularmente o processo de montagem como o último elo na cadeia de valor.

Uma abordagem para contrabalançar esta mudança é o uso de chamada colaboração humano-robô (HRC). No entanto, sistemas HRC ainda estão associados a altos custos, tanto em dinheiro quanto em pessoal, devido à sua complexidade de planejamento. Existe necessidade de métodos simples e flexíveis que permitam empresas de muitas indústrias com uma ampla variedade de condições de fronteira de aplicação (complexidade do produto, variação, quantidades, etc.) configurar e introduzir estações de trabalho de montagem colaborativas.

Projeto de Pesquisa SafeMate

No projeto de pesquisa SafeMate, financiado pelo Ministério Federal de Educação e Pesquisa da Alemanha (BMBF) no programa "Inovações para a Produção, Serviço e Trabalho do Amanhã", estratégias e conceitos foram desenvolvidos para a introdução e design de locais de trabalho de montagem colaborativos. O foco estava em locais de trabalho seguros e aceitos onde funcionários reconhecem alto benefício. Além de renomadas empresas alemãs como Lenze, Lufthansa Sky Chefs, Miele e Sennheiser, a empresa baseada em Detmold, Weidmüller, também fez parte deste projeto de pesquisa.

O Grupo Weidmüller é um player global e especializa-se no campo de tecnologia de conexão elétrica e eletrônica. Juntamente com seus clientes, está moldando a transformação digital — com produtos, soluções e serviços para Conectividade Industrial Inteligente e Internet Industrial das Coisas.

Com seus produtos, a Weidmüller é predominantemente ativa em engenharia mecânica, indústria de processo, geração de energia e energias renováveis, tecnologia de transporte, infraestrutura de edifícios e no campo de fabricação de dispositivos. A empresa há muito está envolvida com o tópico Indústria 4.0 e, além do SafeMate, está envolvida em outras colaborações de pesquisa.

Quando Tudo Era Feito à Mão

Até recentemente, o processo de montagem para componentes eletromecânicos na Weidmüller era realizado completamente manualmente por funcionários na estação de trabalho de montagem.

Como parte do SafeMate, uma análise de potencial — realizada pela equipe liderada pelo engenheiro de processo da Weidmüller, Tobias Stuke — deveria determinar as tarefas individuais realizadas por homem e máquina e assim criar uma divisão de trabalho otimizada para tarefas. Entre outras coisas, descobriu-se que robôs são muito bons em realizar as tarefas monótonas, repetitivas e intensivas em força do processo de colocação sem fadiga. E podem fazê-lo com precisão consistente.

Mas não pode ser feito sem humanos: humanos têm habilidades especiais, por exemplo, em segurar e remover peças pequenas de diferentes dimensões de uma pilha ou caixa. Eles podem reconhecê-las e classificá-las melhor. Humanos também são superiores a seus colegas robóticos quando se trata de alimentação correta e o subsequente processo de inspeção.

Baseado nestes achados, o processo de montagem anteriormente manual foi então parcialmente automatizado em uma aplicação piloto inicial SafeMate usando colaboração humano-robô (HRC). O resultado foi um local de trabalho híbrido no qual humanos e robôs trabalham em paralelo. As tarefas monótonas e intensivas em força são realizadas pelo robô, enquanto as tarefas cognitivamente exigentes são realizadas pelo humano.

Colaboração Humano-Robô

Na robótica colaborativa, humanos e robôs podem trabalhar mão a mão em um local de trabalho. Devido à tecnologia de controle sensível, o robô pode trabalhar próximo ao humano sem cercas de proteção. A aplicação requer validação para garantir que perigos foram suficientemente minimizados. Isso pode ser feito como parte de uma medição de força e pressão realizada por TÜVs, associações profissionais, provedores de serviços externos ou independentemente pelo integrador. Ferramentas de extremidade de braço, como um gripper, também podem ser validadas desta forma.

Para o novo local de trabalho híbrido, para a montagem de componentes eletromecânicos, tal cobot do fabricante dinamarquês de robôs Universal Robots (UR) foi agora colocado ao lado dos funcionários para trabalhar junto com eles. Primeiro, o colega monta os elementos do conector. Então o cobot prensa os elementos de contato elétrico, une a carcaça do conector e aparafusa os contatos de conexão. A produtividade de toda a estação de trabalho híbrida é aumentada pelo uso de um robô colaborativo e a resultante redução em etapas intermediárias ou tempos de espera no processo de montagem. O foco desta automação parcial é aliviar o operador de máquina de etapas intermediárias demoradas e monótonas e alcançar uma divisão de trabalho equilibrada entre humanos e robôs.

Um Cobot com Gripper HRC Zimmer

Além da seleção de um robô adequado, um gripper adequado também foi requerido como parte do design da estação de trabalho. Isso porque tecnologia de gripar é um componente elementar de toda aplicação robótica. O gripper HRC-02 do Grupo Zimmer, um especialista em grippers baseado em Rheinau, Alemanha, foi encontrado relativamente rápido. O Grupo Zimmer atualmente tem o maior portfólio de grippers HRC no mundo. O gripper selecionado é seguro e harmoniza perfeitamente com o robô UR selecionado.

O gripper servo-elétrico HRC-02, especialmente projetado para uso HRC, não tem arestas afiadas e é construído de forma que, com sua forma arredondada em todos os lados, enroscamento acidental é virtualmente impossível. Além disso, o HRC-02 tem curso e força de gripar flexivelmente ajustáveis, permitindo que gripe muito mais sensivelmente que um gripper convencional.

Estes recursos combinados com um design comprovado pela indústria fornecem a máxima segurança para este projeto. Todos os grippers HRC do Grupo Zimmer atendem aos altos requisitos dos princípios de proteção segundo ISO/TS 15066 (padrão HRC) e são certificados BG/DGUV.

Programação Facilitada

No projeto SafeMate da Weidmüller, outro foco estava em ser capaz de usar o cobot UR eficientemente e flexivelmente no novo local de trabalho híbrido. Portanto, atenção também foi dada ao fácil manuseio do robô.

A facilidade de operação do cobot foi convincente, especialmente em combinação com o gripper HRC-02. Afinal, não é coincidência que todos os grippers do Grupo Zimmer possam trabalhar perfeitamente com robôs leves UR — como parceiro UR+, o Grupo Zimmer atualmente exibe o maior portfólio de grippers compatíveis com UR no site UR+.

Onde anteriormente trabalho de programação elaborado e habilidades complexas de programação eram requeridos, o cobot da Universal Robots e seu gripper Zimmer são muito fáceis de operar. É controlado ou programado diretamente através do painel de controle do robô, que é intuitivamente projetado — comparável a um app de smartphone.

Produtividade e Satisfação Aumentadas

O uso piloto do cobot no departamento de engenharia mecânica da Weidmüller abre novas possibilidades em eficiência e flexibilidade.

Graças a esta nova divisão híbrida de trabalho e a simples operabilidade e fácil instalação do robô inteligente e seu gripper, o fabricante de eletrônicos pode agora enfrentar a crescente escassez de trabalhadores qualificados e competição global um pouco mais. Além do aumento de produtividade, também houve importantes sucessos não monetários, como otimização ergonômica do local de trabalho e alívio geral de trabalho para funcionários.

Por exemplo, tarefas intensivas em força como prensar elementos de contato ("travamento") e tarefas monótonas puderam ser passadas para o robô. Este alto nível de aceitação dos funcionários também foi alcançado através de um processo de implementação participativo. Isso significa que funcionários foram envolvidos no processo de mudança ao redor de seu local de trabalho desde o início.

"Um critério de seleção particular para o gripper do Grupo Zimmer foi que, além de suas características técnicas, o gripper já tinha a segurança testada e certificada para sistemas HRC, o que significa que já estávamos do 'lado seguro' — no sentido mais verdadeiro da palavra — para nosso projeto de tecnologia de gripar", disse Stuke.

É particularmente importante para a empresa que seus funcionários se beneficiem do trabalho colaborativo. Os cobots com seus grippers são destinados a proporcionar alívio.