Trabalhando com sistemas internos de integração

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

Embora existam muitos terceiros ansiosos nos bastidores para ajudar as lojas na transição para novas e melhores formas de fabricação, às vezes as melhores respostas podem estar dentro das próprias quatro paredes da loja. Isso resume a filosofia central da Vanamatic Company, localizada em Delphos, Ohio.

A Vanamatic é uma fabricante de peças usinadas de precisão de terceira geração, com 90 funcionários, que se orgulha da autoconfiança e dos recursos de solução de problemas da empresa. A gestão procura respostas internamente primeiro, envolvendo os funcionários no exercício de problema/solução e só depois procurando recursos externos necessários para preencher quaisquer lacunas.

Ao longo dos anos, empregar essa abordagem de “fazer mais com menos” mostrou que, com um ambiente focado em explorar primeiro o talento interno, as respostas vêm mais prontamente e com o benefício adicional da adesão dos funcionários. É uma fórmula de sucesso que permitiu à empresa enfrentar muitas tempestades desde sua fundação em 1954.

O último grande movimento de integração de sistemas da empresa envolve a automatização de várias operações com o uso de robôs colaborativos (cobots) que podem trabalhar de forma independente ou atuar como um ajudante em cooperação com um trabalhador humano. Os cobots são um desenvolvimento relativamente recente e que torna os robôs ferramentas muito mais práticas no chão de fábrica, especialmente um tão lotado quanto o da Vanamatic.

Um bom começo
Ao longo dos anos, Adam Wiltsie, gerente da fábrica, projetou e desenvolveu economias de mão de obra e melhorias de processo em toda a fábrica. Um desses dispositivos começou como uma combinação de limpeza de peças e carrossel de acumuladores.

Ele se transformou em uma estação de medição atribuída por máquina, equipada com os medidores adequados necessários para as peças que estão sendo produzidas. Ele está vinculado ao sistema ERP central da loja, fornecendo informações de status em tempo real do operador e acesso a informações de configuração, 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 carga e descarga para tornos e fresadoras no chão de fábrica. Basicamente, essas unidades eram carregadeiras/descarregadoras mecânicas projetadas para aliviar a monotonia de usar um operador para executar as tarefas. Eles eram basicamente automação fixa com pouca flexibilidade.

Os robôs representaram um avanço lógico para a Vanamatic. Depois de ver um cobot (um robô com sensor de proximidade capaz de trabalhar com segurança ao lado de uma pessoa) sendo demonstrado em uma feira, o Sr. Wiltsie pôde ver que a tecnologia atendeu às necessidades de sua loja. Um braço articulado de seis eixos, trabalhando ao lado de um operador, sem a necessidade de gaiola de segurança, era perfeito. E a estação de montagem de Rich Lindeman era o lugar perfeito para começar.

O primeiro cobot da Vanamatic foi Ethel. Ela foi nomeada por seu gerente, Sr. Lindeman, que recentemente comemorou 50 anos de serviço em tempo integral na empresa. Para a operação de montagem que Rich e Ethel foram emparelhados para fazer, talvez Rich se visse no papel de Lucille Ball e seu cobot como sua fiel amiga, Ethel Mertz, trabalhando na transportadora de doces de chocolate.
A tarefa de montagem que o Sr. Lindeman teria realizado é um processo de oito etapas que começa com um palete de 144 peças. O Sr. Lindeman pega a peça, verifica uma medida crítica de comprimento em um medidor, monta um pequeno O-ring na extremidade da peça, sopra o ID, empurra um espaçador sobre um conjunto de roscas para encaixar em um hexágono, verifica o conjunto e coloca-o em um pacote para envio.

De acordo com o Sr. Wiltsie, gerente de fábrica da Vanamatic, “Rich não tem problemas em fazer isso e tem feito esse trabalho com sucesso há algum tempo. Não é uma questão de realizar a tarefa uma vez; é uma questão de fazer 500.000 vezes, que era a quantidade pedida para essa montagem”, diz. “É uma peça pronta para um sistema de injeção de combustível e tem que estar certa. Tenho apenas 40 anos e fiz a montagem eu mesmo. Eu estava dolorido depois de alguns milhares e com qualidade menos que perfeita. Não significando menosprezar o Sr. Lindeman, a assembléia para esta ordem em particular não se destinava a um humano e, como descobri, também não era humana.

Ethel é um modelo UR3 construído pela Universal Robots. É o menor cobot que a UR faz e tem uma amplitude de movimento quase equivalente à de um humano. A carga útil é de 6,6 libras, o alcance do raio é de 19,7 polegadas e a área ocupada pela unidade é de 5,9 polegadas quadradas. No entanto, para a aplicação de montagem de injetores de combustível da Vanamatic, o robô era apenas o começo.

A ergonomia é uma consideração importante para organizar um espaço de trabalho para um trabalhador humano. As considerações incluem onde o trabalho entra na zona de atividade, colocação de equipamentos auxiliares, como medidores de medição para esta operação de montagem, onde os O-rings e espaçadores são colocados em relação à atividade de montagem e orientação das peças usinadas, bem como a localização das a 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, embora 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 de Ethel comece bem no lugar certo todas as vezes.

Os engenheiros da Vanamatic usam modelagem CAD para ilustrar vários aspectos do processo de fabricação, como layout de 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 Ethel. Os engenheiros podem vê-lo, executá-lo e testá-lo “e se” antes que qualquer coisa seja construída ou comprada.

“As ferramentas de programação para o cobot são extensas e bem projetadas para facilitar o uso”, diz Wiltsie. “Trouxemos nossa capacidade interna de projetar e construir o ambiente de trabalho da célula para a festa. Nossa capacidade de integrar o cobot em um sistema que incluía as oito operações necessárias para montar a peça do injetor de combustível economizou um investimento considerável para a empresa. Outra vantagem é que, com nosso design interno e capacidade de construção, podemos facilmente fazer alterações e melhorias com o passar do tempo.”

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

Mais
A instalação da Ethel na Vanamatic foi um sucesso. Ele 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 depois de Ethel. Nomeada Roxy por seu manipulador, Gene Dickman, sua tarefa era mais direta do que Ethel. Basicamente, ela atende às necessidades de um torno Omni-Turn, carregando-o com blanks e removendo peças torneadas acabadas.

Para esta operação, é a flexibilidade de Roxy que é sua força. O Omni executa partes com volume mais baixo e mix mais alto. A capacidade de alterar rapidamente os programas e os efetores finais (garras) é a chave para seu sucesso.

Com esta aplicação, a Vanamatic convocou sua engenharia interna para projetar e integrar a garra dupla, de modo que a Roxy só precisa entrar na máquina uma vez para carregar e descarregar suas peças. O tamanho pequeno e o peso relativamente leve do robô (24,3 libras) permitem que ele seja montado facilmente na frente do Omni-turn. Os engenheiros da Vanamatic elaboraram e fabricaram os suportes de montagem personalizados que integram a máquina e a Roxy. Eles também escreveram o software de interface que permite que o robô e a máquina se comuniquem.

Aprender fazendo
A 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 depois que a empresa integrou a Roxy e, à medida que a curva de aprendizado para integrar essas máquinas e os equipamentos auxiliares necessários acelerou, o tempo entre os projetos diminuiu.

Rocky, nomeado por seu manipulador, Paul Meiring, é outro modelo UR3 da Universal Robots. “Aplicamos o que aprendemos com os dois primeiros aplicativos de cobot ao colocar o Rocky em funcionamento”, diz Wiltsie.

A tarefa escolhida para Rocky foi outro trabalho de manutenção de máquinas (desta vez em um VMC) que é mais complicado que o de Roxy. Assim como as outras duas aplicações, os engenheiros da Vanamatic fizeram um modelo virtual da operação, incluindo a orientação dos transportadores de peças de entrada e saída.
Para este trabalho de carregamento, o cobot precisava ser colocado dentro da zona de trabalho da máquina para eliminar a abertura e o fechamento da porta. Devido aos limites apertados dentro da máquina, Rocky é montado de cabeça para baixo e preso à coluna da máquina por um suporte projetado e construído internamente. As peças brutas são carregadas em transportadores localizados fora da proteção e entregam peças brutas à Rocky.

Rocky pega as peças em bruto de um local fixo no transportador, mas tem o dever adicional de mover a peça de trabalho para uma segunda estação de fixação no suporte de trabalho. O tempo entre o cobot e a máquina CNC foi programado pela Vanamatic usando a comunicação entre o robô e a máquina.

Depois que a peça é usinada, Rocky verifica cada peça usando um medidor Cognex em processo antes de liberá-la para o transportador de saída. O cobot é programado para descarregar quaisquer peças rejeitadas em um compartimento separado e, se houver três falhas consecutivas, ele emitirá um alarme.

“Esta instalação é um passo à frente do nosso carregamento de VMC”, diz o Sr. Wiltsie. “Em comparação com os carregadores de transporte que anteriormente integramos em nossos VMCs, a flexibilidade do sistema 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 Workman’s Compensation (BWC). Às vezes, essas negociações podem ser menos do que cordiais por causa do papel de fiscalização regulatória do BWC.

No entanto, no caso do projeto de instalação do cobot da Vanamatic, uma alma gêmea foi encontrada no BWC. No estado de Ohio, o BWC concedeu dinheiro disponível para as empresas para ajudá-las a reduzir as reivindicações de compensação de trabalhadores em potencial por meios simples e complexos.

A Vanamatic se inscreveu e recebeu subsídios por seus esforços de automação, o que contribuiu significativamente para as despesas de compra e instalação de seus cobots. Embora essas ofertas de subsídios possam não estar disponíveis em todos os estados, não custa perguntar.

Se a fábrica está olhando para a integração de sistemas usando automação ou comunicação ou melhores técnicas de fluxo de trabalho, a justificativa do chão de fábrica não é sobre a substituição de trabalhadores. Em vez disso, envolve o aprimoramento do trabalho do trabalhador. O Sr. Wiltsie e o Ohio BWC parecem concordar no ponto de que, às vezes, as questões de recrutamento em toda a indústria podem ser menos sobre as pessoas e mais sobre os trabalhos que estão sendo solicitados de nós.


*A Vanamatic é membro da PMPA desde 1957.