Frotas de Cobots: Uma Solução Comprovada para Escassez de Mão de Obra

Aldo Albieri, gerente de operações da Thyssenkrupp Bilstein, não hesita em chamar de "revolução" quando descreve a rápida implementação de braços robóticos colaborativos da Universal Robots em toda a fábrica da empresa em Hamilton, Ohio, que fabrica soluções de suspensão de alta tecnologia para a indústria automotiva. "Senti que estávamos no momento certo com a oportunidade certa de fazer parte disso. Começamos a ver robôs colaborativos sendo usados de uma maneira completamente diferente da que tradicionalmente vemos robôs de seis eixos funcionando", diz ele, descrevendo visitas a pequenas oficinas de usinagem familiares onde fabricantes com pouca ou nenhuma experiência em robótica estavam automatizando até tarefas complexas com cobots. "Eles não usavam gaiolas de segurança, e os cobots eram colocados sobre rodas e movidos entre tarefas. Foi quando as coisas realmente se encaixaram", diz o Sr. Albieri, que desde essa descoberta supervisionou a implementação de um novo cobot na localização de Bilstein em Hamilton a cada dois meses por quase dois anos.

"Aconteceu em um ritmo incrivelmente rápido, com evolução rápida desde tentativa e erro no início, usando fornecedores para fazer a integração da máquina", diz o Sr. Albieri. Ele logo percebeu que internalizar as implementações de cobot era o caminho a seguir. Sua equipe da Indústria 4.0 que gerenciava as aplicações de cobot investigou outras opções, mas ele diz: "Decidimos fazer parceria com um tipo de cobot — e foi quando escolhemos nosso primeiro cobot com a Universal Robots. Percebemos que a UR tinha a solução mais avançada para pick-and-place mais preciso. O cobot é fácil de manter e programar, e apresenta a melhor relação de velocidade e repetição."

Linha Presidencial

O grupo interno da Indústria 4.0 da Bilstein agora implantou nove cobots UR10, o maior dos modelos UR, com alcance de 51 polegadas (1.300 mm) e capacidade de carga de 22 lb (10 kg). Um décimo UR10 é usado como modelo de teste para aplicações futuras. "Estamos planejando implementar cerca de mais 40 aplicações de cobot em nossa organização", diz o Sr. Albieri, explicando como a empresa criou o conceito de nomeação para os novos colegas cobot. "Precisávamos de um sistema que pudesse ser aplicado sequencialmente a 45 a 50 cobots e decidimos nos divertir um pouco nomeando-os em homenagem a presidentes dos EUA." A frota de cobots agora abrange de George Washington a John Tyler.

Eliminando Riscos Ergonômicos

Uma das aplicações mais impressionantes na fábrica de Hamilton apresenta os cobots James Monroe e John Quincy Adams trabalhando em tandem montando os amortecedores do Sistema de Amortecimento Ativo (ADS) da Thyssenkrupp. O ciclo de múltiplas etapas começa com Monroe pegando um tubo interno que ele alimenta a uma máquina de perfuração e depois coloca em um dispositivo de transferência, onde Adams o pega e carrega em uma "estação de casamento", onde ele pega um tubo externo, os une e os coloca na rampa de saída. Ao tentar programar os cobots para rodar em sequência com as máquinas atendidas, os engenheiros fizeram uma descoberta inovadora para facilitar a implementação: perceberam que poderiam simplesmente ensinar os cobots a pressionar os botões de início nas máquinas em vez de conectar os cobots diretamente ao sistema de controle.

O cobot John Adams pega e coloca uma peça seguida por inspeção de medidor. "Antes, verificávamos duas peças a cada uma ou duas horas para garantir que ainda estávamos onde pensávamos; mas agora temos inspeção de 100%", diz Doug McIe, engenheiro de manufatura da Thyssenkrupp Bilstein.

Inspeção de 100%

Outra tarefa agora automatizada é a inspeção de qualidade, onde quatro cobots fazem inspeção de medidor e verificam a crimpagem pós-enchimento e a montagem final das peças. "Quando fazíamos a inspeção de medidor antes, verificávamos duas peças a cada uma ou duas horas para garantir que ainda estávamos onde pensávamos, mas agora temos inspeção de 100%", diz Doug McIe, engenheiro de manufatura da Thyssenkrupp Bilstein. O cobot implantado na montagem final é equipado com uma câmera Cognex e se move rapidamente entre pontos de inspeção para garantir que todos os componentes estão na posição correta e que o rótulo é aplicado corretamente e legível. "Cada peça que entra é verificada, e se falhar, o robô realmente a rejeita no processo", explica o Sr. McIe.

Nova Avenida de Crescimento e ROI

Desde que a Bilstein começou a trazer a automação de cobot internamente, o retorno sobre o investimento (ROI) para os cobots UR melhorou. "Temos projetos com ROIs tanto mais longos quanto mais curtos", diz o Sr. Albieri. "Mas nossa zona de conforto é um período de retorno de cerca de 10 a 14 meses para justificar o investimento. Cobots são definitivamente um retorno de investimento mais rápido do que robôs tradicionais." Ele também está testando dois robôs móveis autônomos da Mobile Industrial Robots (MiR) para fornecer material às linhas, realizando as manipulações sem valor agregado entre diferentes locais.

Thomas Jefferson (esquerda) e Andrew Jackson cobots trabalham em tandem transicionando tubos de aço recém-formados da operação de soldagem para o processo de perfuração.

Liberar mão de obra para trabalhar em outras tarefas desempenha um papel significativo na entrega do ROI rápido. "Os cobots UR nos deram a oportunidade de crescer, expandir, criar mais empregos e mover nossos recursos mais valiosos — nossos recursos humanos — para novos projetos, onde o know-how era mais necessário", diz o Sr. Albieri, enfatizando que crescer o negócio no mercado de trabalho atual sem cobots seria difícil. "Se confiássemos apenas na contratação de novas pessoas, nunca seríamos capazes de expandir três vezes o tamanho que tínhamos originalmente. Os cobots abriram uma nova avenida de crescimento para nós enquanto conseguimos reter a força de trabalho existente. Nenhum trabalhador perderá seu emprego para um robô."

Envolva os Operadores

Embora a Bilstein ainda implemente automação tradicional para ciclos de alta velocidade em espaços fechados, a empresa foca em ter os cobots assumindo tarefas onde os trabalhadores definem oportunidades. Jordan Osterholt, engenheiro de processo no grupo de Indústria 4.0 da empresa, explica que envolver os operadores na identificação de trabalhos propícios à automação é fundamental. "Operadores estão na vanguarda de toda a construção que acontece nesta empresa", diz ele. "Perguntar a eles 'onde podemos ajudar você a melhorar o processo?' tem sido muito útil para nós quando desenvolvemos novas aplicações."

Localizado na seção de Aftermarket da fábrica de Hamilton da Bilstein, o oitavo UR 10, Martin Van Buren, faz a crimpagem pós-enchimento, pegando de um carrinho, carregando na máquina e terminando o ciclo segurando a peça crimpada para inspeção de câmera para garantir crimpagem adequada.

Segundo o Sr. Albieri, a implementação de cobots não é apenas uma aventura tecnológica. "É realmente sobre implementar uma nova organização com transparência e comunicação aberta", diz ele. "Você não quer funcionários chegando para trabalhar um dia e percebendo que têm um robô trabalhando ao lado deles." Ele garantiu que os primeiros cobots UR fossem trazidos na frente da equipe do chão de fábrica antes da implantação. "Explicamos que esses cobots estavam aqui para expandir nossos negócios e ajudar a remover questões ergonômicas repetitivas e condições de trabalho que não são as mais favoráveis às pessoas. E essa tem sido absolutamente a realidade", explica, detalhando o impacto da natureza colaborativa dos cobots. "Não há mais uma grande barreira entre as pessoas e a tecnologia agora. Os cobots compartilham o espaço de trabalho com nossos funcionários, que podem simplesmente pegar o pendant de ensino intuitivo e operar os cobots, pois a interface parece mais um iPad do que um controlador de robô."

Os cobots foram bem-vindos pela Operadora Quenna Quarles, que costumava lidar com as tarefas agora automatizadas. "Eu tinha muitas dores e dores no passado, constantemente tendo que fisicamente perfurar isso, mover aquilo", diz ela. "Agora podemos fluir muito melhor em termos de produção, e meu trabalho é mais fácil, pois eu apenas carrego os tubos e deixo os cobots cuidarem do resto."

Copiando/Colando Aplicações

A equipe de engenharia desenvolvendo as aplicações de cobot não tinha nenhuma experiência prévia em robótica. "Começamos fazendo tarefas simples de pick-and-place para fazer a bola rolar", diz o Sr. McIe. "O próximo foi descobrir a interface com as máquinas. Foi um pouco mais difícil, mas uma vez que conseguimos, espalhou-se muito rápido, e começamos a ver aplicações por toda a fábrica que podíamos quase copiar e colar."

O Sr. Osterholt explica como passar pelos módulos de treinamento gratuitos da UR Academy no site da UR foi fundamental na fase de desenvolvimento. "Eu faria o tour de como programar o robô e caminharia direto para nosso robô de teste e aplicaria o que aprendi", diz ele.

Testando Novas Aplicações

O robô de demonstração está sobre rodas para que possa simplesmente ser rolado até a máquina para testar uma tarefa. "Podemos conectar o cobot em uma tomada comum de 110V e começar a testar imediatamente", explica o Sr. McIe. "Com um robô industrial tradicional, teríamos que primeiro furar o chão e aparafusá-lo. Isso nos economiza muito tempo." Além de implantar um robô de teste para desenvolver novas aplicações, a Bilstein também usa o software RoboDK, certificado através da plataforma UR+ para ser plug-and-play com cobots UR. "As simulações de software realmente nos ajudam a descobrir se nosso tempo de ciclo vai ser preciso o suficiente para valer a pena prototipar a ferramenta e colocá-la lá fora. Podemos colocar o esforço na tela do computador, e quando entregamos, está quase pronto para ir."

A equipe da Indústria 4.0 está agora trabalhando na inversão de dois cobots UR10 em um extensor de alcance de 7º eixo certificado UR+ da Vention e planeja continuar o lançamento em ritmo acelerado, introduzindo um novo cobot no chão de fábrica a cada dois meses. "Há tantas oportunidades por aí", diz o Sr. Albieri. "O céu é o limite."

Universal Robots USA Inc. | 631-610-9664 | universal-robots.com

Thyssenkrupp Bilstein of America Inc. | 513-881-7600 | bilstein.com

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LINK :: short.gardnerweb.com/urcobot

Sobre o Autor

Joe Campbell

Joe Campbell é gerente sênior de desenvolvimento de aplicações na Universal Robots. A empresa fornece soluções de automação flexíveis usadas em todo o mundo por fabricantes de todos os tamanhos para atender necessidades de mão de obra, aumentar a produtividade e se tornar mais competitivos.