Aumente a Eficiência de Produção: Automatize Setups e Elimine Estresse Repetitivo na Manufatura

Procurando novas maneiras de dar um impulso na produção da sua oficina? Automação pode ser um multiplicador de força. Também pode liberar o tempo de seus maquinistas mais experientes e ambiciosos para mentoria, aprendizado de novos sistemas e aprimoramento de habilidades de programação de máquinas. E pode ajudar a reduzir prêmios de seguro.

O caso de uso para automatizar muitas funções em uma job shop é muito diferente de uma grande fábrica automotiva ou outra instalação de manufatura de alto volume. Mas automação pode retornar resultados positivos e produtivos que ajudam a simplificar tarefas repetíveis e que absorvem tempo para oficinas de todos os tamanhos.

Quais são as aplicações corretas de robôs e cobots? Quais tecnologias podem mover verificações de qualidade mais perto do processo? Onde donos de oficinas e gerentes de operações de manufatura devem focar?

Exploramos algumas das maneiras que fabricantes estão tendo sucesso com automação hoje — e o que você precisa saber ao planejar mudanças.

Automação na Manufatura Devolve Tempo aos Trabalhadores e Ajuda Oficinas a Permanecer Competitivas

A escassez de talentos na manufatura é real. A demanda de capacidade de manufatura de hoje é maior que a oferta de mão de obra — e espera-se que aumente. Um estudo de 2018 da Deloitte e Manufacturing Institute descobre que a lacuna de habilidades pode deixar estimados 2,4 milhões de posições não preenchidas até 2028 com um impacto econômico potencial de $2,5 trilhões.

"Não está ficando melhor", explica John Hicks, proprietário da Kilgore Manufacturing, sobre o delta de habilidades que sua empresa viu em um artigo.

Job shops podem achar difícil competir com oficinas de máquinas maiores por talentos mais experientes e caros. Mas automação, em teoria, pode reduzir o impacto de uma escassez de habilidades reduzindo as tarefas mais rotineiras e manuais — e aumentando a proporção máquina-para-pessoa sempre que possível.

Um robô pode frequentemente cuidar de múltiplas máquinas. Em alguns casos, um único operador pode cuidar de múltiplos robôs — e cada robô poderia estar lidando com múltiplas máquinas ao mesmo tempo.

"Isso libera operadores para realizar operações secundárias, como rebarbação de peças, montagem ou gastar mais tempo em verificações de qualidade", explica Steve Alexander, vice-presidente de operações na Acieta, um integrador de automação, no artigo da SME "Automatizando Job Shops? Com Certeza!"

Vídeo: Veja como Augustine Die & Mold está usando automação para aumentar seus processos — e ajudar a gerenciar um delta de habilidades.

O Principal Caso de Uso para Automação em Job Shops: Trocas

Não há varinha mágica para se tornar automatizado. Existem também habilidades diferentes e novas em gerenciar sistemas de automação — incluindo diferentes softwares, sensores e segurança. Frequentemente, o uso mais eficaz de automação é focar em atividades de setup e troca pré-peça e pós-peça.

"Automação mais adequada para necessidades de job shop não apenas enfatizará setups rápidos e fáceis e reduzirá tempos de troca de trabalho para 15 minutos ou menos, mas também será adaptável para uso de um tipo de máquina para o próximo, especialmente para tarefas de troca", escreve Chris Felix, editor-chefe da Production Machining, no artigo "Automação de Job Shop: Rápida, Simples e Ágil."

Maquinistas experientes podem apreciar gastar menos tempo em trocas e carregamento de brutos — e mais tempo focados em completar grandes trabalhos e resolver problemas de manufatura de precisão.

Em 2018, Hicks da Kilgore Manufacturing usou uma célula de manufatura automatizada que rodava oito horas por dia sem supervisão e ajudou a enviar 3.500 unidades de uma peça de flange toda semana — mas era apenas para uma peça. Para ajudar a se tornar mais automatizado e liberar tempo para maquinistas mais seniores, Hicks adicionou uma máquina assistente de carga.

O sistema de carga conecta um braço robótico a uma mesa giratória para estagiar peças dentro de uma única unidade de carregamento que pode ser estacionada ao lado e realocada para qualquer torno CNC ou máquina de fresamento.

Hicks descreve como a automação aumentada causou impacto incluindo:

• Obter mais trabalho da base de clientes existente da Kilgore.
• Economizar espaço importante em um chão de fábrica apertado.
• Ver um aumento na qualidade da peça porque maquinistas tinham mais tempo para gastar em verificações de qualidade.

A capacidade de ganhar mais negócios de licitações competitivas nasceu de agendamento de máquinas mais previsível.

Como Abordar Automação na Manufatura: Volume de Peças Importa

A automação funcionará em um ambiente onde o volume de peças varia tremendamente? Pode, argumenta Ed Sinkora da SME.

Imagine um cenário de fabricação de peças de médio volume onde trocas acontecem algumas vezes por semana. "Com planejamento adequado, uma célula poderia ser trocada no turno tripulado, permitindo uma boa quantidade de produção sem supervisão no turno seguinte", explica John Lucier, gerente de automação para Methods Machine Tools, em um artigo da SME.

A SME diz que a velocidade requerida do robô dependeria "do tempo de ciclo de usinagem das peças produzidas. Quanto menor o tempo de ciclo, mais rápido o robô precisa ser e menos provável que um robô possa suportar várias máquinas."

Mas oficinas com volumes menores também podem ser boas candidatas para automação, explica Lucier.

"A consideração mais importante é reduzir o tempo de troca ou até eliminar totalmente o tempo de setup. Pessoas se prendem no tempo de ciclo e tempo de carga/descarga, mas se seus volumes são tão baixos que metade do seu tempo é gasto trocando, então atacar o tempo de troca, mesmo à custa do tempo de ciclo, pode fazer sentido", diz Lucier.

Setup pode essencialmente ser eliminado por automação. Robôs podem ser programados para trocar tanto sua própria ferramenta de fim de braço quanto a fixação na máquina ou carregar paletes de um carrossel "independentemente da peça sendo produzida, eliminando a necessidade de trocar ferramentas do robô ou programar movimentos de carga/descarga diferentes para peças diferentes."

Existem uma série de outras áreas importantes de ferramentas, fixação e estabilidade de peças para avaliar também, incluindo fixação, medição, tempos de ciclo, ferramentas de fim de braço, processos sem supervisão — e usinagem lights-out.

Automação e Fixação

"Se a peça requer posicionamento no grampo ou fixação ou precisa ser alinhada na operação secundária baseada em características criadas na primeira operação, sistemas de visão ou sondas de toque podem ser necessários para completar a tarefa", escreve Felix. "Soluções de fixação também devem ser projetadas para permitir folga adequada entre ferramentas de fim de braço e grampos ao carregar e descarregar."

Automação e Medição

"Se um processo não automatizado requer que o operador meça a peça durante ou após a usinagem, automatizar o processo de medição deve ser considerado", explica Felix. "Várias opções em processo ou pós-processo estão disponíveis, incluindo sondas de toque, calibração periódica de artefato ou até uso de um medidor pós-processo ou máquina de medição por coordenadas."

Automação e Tempos de Ciclo

Ao considerar automatizar um processo, "tempos de ciclo determinarão a capacidade/tamanho das mesas de fila e transportadores de entrada/saída para peças acabadas", escreve Felix.

Tempos de ciclo precisam ser sequenciados em coordenação de tarefas "requeridas do robô/automação, como carregamento para medidores, coordenação de máquinas de medição, estações de lavagem ou estações de virada" ou no gerenciamento de paletes.

Usando Automação para Melhorar Segurança no Local de Trabalho e Saúde do Trabalhador

Saúde do trabalhador e segurança no chão de fábrica não são as razões primárias que fabricantes investem em automação, mas são um benefício. Síndrome do túnel do carpo não é incomum em empregos de manufatura.

"Algo tão simples como carregar uma peça em um grampo de torno pode rapidamente se transformar em uma lesão por esforço repetitivo para um operador quando esse processo é repetido centenas de vezes por dia. Entre tempo perdido e reivindicações, estas lesões custam às empresas bilhões de dólares por ano", explica Alexander.

Existem algumas áreas no trabalho de manufatura onde a automação melhorou ou eliminou trabalho perigoso — e ajudou a reduzir ambientes inseguros. Uma é em levantar e mover objetos pesados. A outra é em exposição próxima a produtos químicos, particulados e temperaturas extremas, explica Jim Vinoski, um líder sênior de manufatura e ex-supervisor de fábrica e engenheiro de sistemas na Seagrams e General Mills, em um artigo para Forbes.

"Lesões nas costas são uma das mais comuns no trabalho de manufatura, e este tipo de atividade é um contribuinte chave. Soluções automatizadas incluem sistemas robóticos pick-and-place, paletizadores automáticos, sistemas de elevação a vácuo, e similares", escreve Vinoski.

"Hoje é incomum ter trabalhadores levantando mais de 50 libras, e para levantamento repetitivo mesmo isso está se tornando progressivamente mais raro."

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