Aproveitando Sistemas de Integração Internos para Manufatura de Precisão

Ninguém conhece o próprio negócio melhor do que as pessoas que trabalham nele. A propriedade, a gerência e os trabalhadores lidam diariamente com os muitos prós e contras que compõem qualquer empresa, especialmente aquelas que tentam ganhar a vida no mundo em rápida evolução da manufatura de peças usinadas de precisão.

Embora existam muitos terceiros ansiosos esperando para ajudar as oficinas a fazer a transição para novas e melhores formas de manufatura, às vezes as melhores respostas podem estar dentro das próprias quatro paredes da oficina. Essa é a filosofia central da Vanamatic Company, localizada em Delphos, Ohio.

A Vanamatic é um fabricante de peças usinadas de precisão de terceira geração, com 90 funcionários, que se orgulha da autoconfiança e das capacidades de resolução de problemas da empresa. A gerência busca respostas internamente primeiro, envolvendo os funcionários no exercício de problema/solução e só depois recorrendo a recursos externos necessários para preencher lacunas.

Ao longo dos anos, empregar essa abordagem de "fazer mais com menos" mostrou que, com um ambiente focado em aproveitar o talento interno primeiro, as respostas surgem mais prontamente e com o benefício adicional de adesão dos funcionários. É uma fórmula bem-sucedida que permitiu à empresa superar muitas tempestades desde sua fundação em 1954.

A mais recente grande jogada de integração de sistemas da empresa envolve automatizar várias operações com o uso de robôs colaborativos (cobots) que podem trabalhar independentemente ou atuar como parceiros em cooperação com um trabalhador humano. Cobots são um desenvolvimento relativamente recente e que torna os robôs ferramentas muito mais práticas no chão de fábrica, especialmente um tão apertado quanto o da Vanamatic.

Um Bom Começo

Ao longo dos anos, Adam Wiltsie, gerente da planta, projetou e desenvolveu economias de mão de obra e melhorias de processos em toda a oficina. Um desses dispositivos começou como uma combinação de carrossel de limpeza de peças e acumulador.

Ele evoluiu para uma estação de medição atribuída à máquina, equipada com os medidores adequados para as peças sendo produzidas. Está vinculado ao sistema ERP central da oficina, dando aos operadores informações de status em tempo real e acesso a informações de setup, medição e execução do trabalho na ponta dos dedos. Essas unidades foram projetadas, construídas e integradas internamente.

O Sr. Wiltsie também liderou a automação de pick-and-place para carregamento e descarregamento tanto de tornos quanto de fresadoras no chão de fábrica. Basicamente, essas unidades eram carregadores/descarregadores mecânicos de transferência projetados para aliviar a monotonia de usar um operador para realizar as tarefas. Eram automação praticamente fixa com pouca flexibilidade.

Robôs representaram um passo lógico para a Vanamatic. Após ver um cobot (um robô com sensoriamento de proximidade capaz de trabalhar com segurança ao lado de uma pessoa) sendo demonstrado em uma feira, o Sr. Wiltsie viu que a tecnologia havia alcançado a necessidade de sua oficina. Um braço articulado de seis eixos, trabalhando ao lado de um operador, sem a necessidade de uma gaiola de segurança, era perfeito. E a estação de montagem de Rich Lindeman foi o lugar perfeito para começar.

O primeiro cobot da Vanamatic foi a Ethel. Ela foi nomeada por seu manipulador, Sr. Lindeman, que recentemente celebrou 50 anos de serviço em tempo integral na empresa. Para a operação de montagem que Rich e Ethel foram designados a fazer, talvez Rich visse a si mesmo no papel de Lucille Ball e seu cobot como sua fiel amiga, Ethel Mertz, trabalhando na esteira de doces de chocolate.

A tarefa de montagem que o Sr. Lindeman realizaria é um processo de oito etapas que começa com uma palete de 144 peças. O Sr. Lindeman pega a peça, verifica uma medida de comprimento crítica em um medidor, monta um pequeno anel de vedação na extremidade da peça, sopra o interior, empurra um espaçador sobre um conjunto de roscas para assentar contra um sextavado, verifica a montagem e a coloca em uma embalagem para envio.

Segundo o Sr. Wiltsie, gerente da planta da Vanamatic: "Rich não tem problema em fazer isso e realizou esse trabalho com sucesso por algum tempo. Não é uma questão de realizar a tarefa uma vez; é uma questão de realizá-la 500.000 vezes, que era a quantidade do pedido para essa montagem", diz ele. "É uma peça pronta para linha para um sistema de injeção de combustível e tem que estar certa. Eu tenho apenas 40 anos e fiz a montagem eu mesmo. Fiquei dolorido após alguns milhares e com qualidade menos que perfeita. Sem desmerecer o Sr. Lindeman, a montagem para este pedido em particular não foi feita para um humano e, como descobri, nem era humana."

Ethel é um modelo UR3 construído pela Universal Robots. É o menor cobot que a UR fabrica e tem um alcance de movimento quase equivalente ao de um humano. A capacidade de carga é de 6,6 libras (3 kg), o alcance do raio é de 19,7 polegadas (500 mm) e a área de ocupação da unidade é de 5,9 polegadas quadradas (38 cm²). No entanto, para a aplicação de montagem de injetor de combustível da Vanamatic, o robô foi apenas o começo.

Ergonomia é uma consideração importante para organizar um espaço de trabalho para um trabalhador humano. Considerações incluem onde o trabalho entra na zona de atividade, posicionamento de equipamentos auxiliares, como medidores de medição para esta operação de montagem, onde os anéis de vedação e espaçadores são colocados em relação à atividade de montagem e orientação das peças usinadas, bem como a localização da embalagem de saída.

Embora a ergonomia seja importante para o Sr. Lindeman, é de importância crítica para a Ethel. Ela é inteligente, mas não tem a capacidade de tomar decisões sutis de mudança de movimento e a inteligência para se adaptar além de sua programação, mesmo que inclua sub-rotinas para lidar com anéis de vedação ou espaçadores ausentes. Isso será resolvido com sistemas de visão no futuro. Enquanto isso, o uso de "poka-yoke" para as bandejas de entrada é um meio simples e confiável de garantir que o programa da Ethel comece bem no lugar certo toda vez.

Engenheiros da Vanamatic usam modelagem CAD para ilustrar vários aspectos do processo de manufatura, como layout do chão de fábrica, simulações de máquinas e outras representações gráficas e virtuais de áreas dentro da empresa. Essas habilidades foram aplicadas na preparação da área de trabalho para o Sr. Lindeman e a Ethel. Os engenheiros podem ver, executar e testar cenários "e se" antes de qualquer coisa ser construída ou comprada.

"As ferramentas de programação para o cobot são extensas e bem projetadas para facilidade de uso", diz o Sr. Wiltsie. "Trouxemos nossa capacidade bem aperfeiçoada de projetar e construir o ambiente de trabalho para a célula. Nossa capacidade de integrar o cobot em um sistema que incluía as oito operações necessárias para montar a peça do injetor de combustível economizou à empresa uma quantidade considerável de investimento. Outra vantagem é que, com nossa capacidade de projeto e construção interna, podemos facilmente fazer mudanças e melhorias conforme o tempo passa."

Hoje, a operação de montagem do Sr. Lindeman consiste em duas etapas pelo Sr. Lindeman, carregando a palete e embalando a peça finalizada. A Ethel faz as seis operações intermediárias. Eles têm um ótimo relacionamento.

Bis

A instalação da Ethel na Vanamatic foi um sucesso. Ela está fazendo seu trabalho de montagem sem reclamações e, o mais importante, sem peças ruins enviadas.

Um segundo cobot, também um UR3, chegou à Vanamatic menos de um ano após a Ethel. Nomeado Roxy por seu manipulador, Gene Dickman, sua tarefa era mais direta do que a da Ethel. Basicamente, ela atende às necessidades de um torno Omni-Turn, carregando-o com brutos e removendo peças torneadas finalizadas.

Para esta operação, é a flexibilidade da Roxy que é sua força. O Omni roda peças de volume menor e mix mais alto. A capacidade de mudar rapidamente programas e efetores finais (garras) é a chave para seu sucesso.

Com esta aplicação, a Vanamatic recorreu à sua engenharia interna para projetar e integrar a garra dupla, para que a Roxy precise entrar na máquina apenas uma vez para carregar e descarregar suas peças. A pequena área de ocupação e o peso relativamente leve do robô (24,3 libras / 11 kg) permitem que ele seja montado facilmente na frente do Omni-Turn. Engenheiros da Vanamatic desenharam e fabricaram suportes de montagem personalizados que integram a máquina e a Roxy. Eles também escreveram o software de interface que permite a comunicação entre o robô e a máquina.

Aprendendo Fazendo

Educação é cumulativa. Geralmente, as pessoas aprendem coisas novas construindo sobre a base criada a partir de lições anteriores às quais foram expostas.

Esse é o caso da terceira instalação de cobot da Vanamatic, Rocky. Rocky chegou ao chão de fábrica cerca de 196 dias após a empresa integrar a Roxy, e à medida que a curva de aprendizado para integrar essas máquinas e equipamentos auxiliares necessários acelerou, o tempo entre projetos encurtou.

Rocky, nomeado por seu manipulador, Paul Meiring, é outro modelo UR3 da Universal Robots. "Aplicamos o que aprendemos nas duas primeiras aplicações de cobot ao colocar o Rocky para funcionar", diz o Sr. Wiltsie.

A tarefa escolhida para o Rocky foi outro trabalho de atendimento de máquina (desta vez em um VMC) que é mais complicado que o da Roxy. Como nas outras duas aplicações, engenheiros da Vanamatic fizeram um modelo virtual da operação, incluindo orientação de esteiras de entrada e saída de peças.

Para este trabalho de carregamento, o cobot precisava ser colocado dentro da zona de trabalho da máquina para eliminar a abertura e fechamento da porta. Devido aos confins apertados dentro da máquina, o Rocky é montado de cabeça para baixo e preso à coluna da máquina por um suporte projetado e construído internamente. Brutos de peça são carregados em esteiras localizadas fora da proteção e entregam brutos ao Rocky.

O Rocky pega os brutos de peça de uma localização fixa na esteira, mas tem o dever adicional de mover a peça para uma segunda estação de fixação no dispositivo de fixação. O tempo entre o cobot e o CNC da máquina foi programado pela Vanamatic usando comunicação entre o robô e a máquina.

Após a peça ser usinada, o Rocky verifica cada peça usando um medidor Cognex em processo antes de liberá-la para a esteira de saída. O cobot é programado para descarregar quaisquer peças rejeitadas em uma lixeira separada e, se houver três falhas consecutivas, ele alarmará.

"Esta instalação é um passo adiante em nosso carregamento de VMC", diz o Sr. Wiltsie. "Comparado com os carregadores de transferência que integramos anteriormente em nossos VMCs, a flexibilidade do sistema de cobot que agora desfrutamos representa um compromisso com o crescimento futuro de nossos negócios."

Fonte Surpreendente de Ajuda

À medida que a gerência da Vanamatic avançava com os planos de integração para o chão de fábrica, encontrou um aliado que muitos podem não considerar. A empresa, como a maioria, tem negócios com o Bureau of Workers' Compensation (BWC). Às vezes, esses negócios podem ser menos que cordiais devido ao papel de fiscalização regulatória do BWC.

No entanto, no caso do projeto de instalação de cobot da Vanamatic, um espírito afim foi encontrado no BWC. No estado de Ohio, o BWC tem dinheiro de subsídio disponível para empresas ajudá-las a reduzir potenciais reivindicações de compensação de trabalhadores por meios simples e complexos.

A Vanamatic se candidatou e recebeu subsídios para seus esforços de automação, que contribuíram significativamente para a despesa de compra e instalação de seus cobots. Embora tais ofertas de subsídios possam não estar disponíveis em todos os estados, não custa nada perguntar.

Seja a oficina olhando para integração de sistemas usando automação, comunicação ou melhores técnicas de fluxo de trabalho, a justificativa do chão de fábrica não é sobre substituição de trabalhadores. Pelo contrário, envolve a melhoria do trabalho do trabalhador. O Sr. Wiltsie e o BWC de Ohio parecem concordar que, às vezes, questões de recrutamento em toda a indústria podem ser menos sobre as pessoas e mais sobre os empregos que nos pedem para fazer.

*A Vanamatic é membro da PMPA desde 1957.