Robô na máquina ferramenta.

Robô na máquina ferramenta.
Máxima produtividade graças à automação inteligente com robôs.
KUKA White Paper – Versão 1.0
Abstract
Produzir de forma mais econômica, rápida e segura com máquinas ferramenta automatizadas. A produção deve ser executada com prazos de fornecimento cada vez menores
e maiores requisitos à qualidade e precisão. Ao mesmo tempo aumenta a probabilidade
de cometer erros na produção de componentes. Tamanhos de lotes menores aumentam
o dispêndio na reconfiguração das máquinas. E os custos salariais unitários aumentam.
Como é possível estruturar da forma mais eficiente e econômica possível diante dessa
situação? O outsourcing em países com baixo nível salarial está chegando aos seus limites,
pois as empresas requerem cadeias de fornecimento curtas, pessoal qualificado próprio
com alta lealdade, assim como caminhos curtos no controle da qualidade.
Muitas empresas de usinagem seriam consideravelmente mais competitivas com robôs.
Análises mostram: Em 20% de todas as máquinas ferramenta a automação com robôs melhoraria consideravelmente a economia e a eficiência da produção. Porém, desses 20%
apenas uma pequena fração está automatizada. Pois ainda existem reservas contra os
robôs, que estão ultrapassadas há muito tempo através do desenvolvimento técnico.
Hoje os robôs são mais econômicos, seguros e simples do que se imagina no ramo.
Na média, eles se amortizam em menos de dois anos na construção de ferramentas e de
máquinas. Há anos os robôs são utilizados em contato direto com o homem nas áreas de
elevados requisitos de segurança, por exemplo, na tecnologia médica. Além disso, hoje em
dia eles são de fácil programação e operação. Os ambientes de trabalho se tornam mais
econômicos e mais seguros através do fortalecimento com robôs.
Quick-Check. As empresas de usinagem, bem como usuários de máquinas ferramenta
perguntam: O uso de robôs em meu caso específico de aplicação vale a pena? Determinantes são os pontos de vista como requisitos da qualidade, produtividade, custos salariais
unitários, velocidade de fornecimento e segurança de subsistência no local. Uma primeira
resposta pode ser obtida rapidamente no Quick-Check.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 01
Conteúdo
Abstract
P 01
01
Automação com robôs
P 03
02
Os robôs hoje
P 04
03
Os robôs garantem os empregos
P 07
04
Case: Produção de componentes KR QUANTEC
P 09
Produzir de forma mais econômica, rápida e segura
com máquinas ferramenta automatizadas.
Os robôs se tornaram mais rentáveis, eficientes e simples.
Os robôs são econômicos, seguros e de fácil operação.
Aumentar a produtividade – Garantir empregos.
com um mínimo de pessoal
Produtividade 10% maior graças ao carregamento baseado em robô
05
Quick-Check
P 11
06
KUKA Roboter GmbH
P 12
A sua produção está pronta para o uso de robôs?
Um dos fornecedores líderes mundiais de robôs industriais.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 02
01 Automação com robôs
Maiores requisitos da qualidade, menores prazos de fornecimento, preços em queda, crescente pressão da concorrência: Estes são desafios com os quais os construtores de ferramentas e máquinas são confrontados. Existe uma solução comum para tudo isso?
Muitas vezes a resposta certa seria a automação com robôs: Os robôs trabalham com muita
precisão. Mesmo em caso de componentes complexos e pesados praticamente não é gerada
sucata. Eles trabalham 24 horas por dia. E o desempenho após 24 horas é o mesmo que
no primeiro minuto. Em turnos de trabalho com um mínimo de pessoal e totalmente automatizados eles melhoram o grau de utilização das máquinas e reduzem os custos salariais
unitários. Por isso, o potencial de robôs é enorme. Ainda é muito pouco aproveitado no ramo.
Mas isso está mudando.
Os nove maiores desafios para usuários de máquinas ferramenta
Aumento dos requisitos
da qualidade em componentes
a serem usinados
Aumento da importância
da qualidade x preço
Aumento da complexidade
dos componentes a serem usinados
Aumento da importância
da fidelidade de prazo x preço
Crescente pressão da
concorrência no país
Preços em queda para
os mesmos serviços
Aumento da importância
dos trabalhos subsequentes
(como montagem)
Aumento da exigência de prazos
de fornecimento cada vez menores
Decrescente volume de trabalho /
carga de trabalho de usinagem
92%
60%
85%
58%
43%
65%
56%
88%
18%
Estudo do ramo 2011: O futuro da usinagem na Alemanha. (Participantes da pesquisa: 90)
Os robôs se tornaram mais rentáveis, eficientes e simples. Pesquisas independentes mostram: Muitas vezes potenciais de melhoria não são utilizados. Pois 20% de todas
as máquinas ferramenta permitiam uma operação mais vantajosa em ligação com robôs.
Mesmo assim a taxa de automação é de apenas 1,5%.1 De onde vem essa reserva? Em todo
o ramo os robôs ainda encontram reservas, que já são ultrapassadas há muito tempo pelo
desenvolvimento técnico.
1
IFR. World Robotics Report 2012
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 03
As objeções mais frequentes aos robôs na máquina ferramenta:
„Muito caros“ – Contudo, os custos de investimento normalmente se
amortizam num prazo de dois anos.
„Muito perigosos“ – Contudo, há anos os robôs são utilizados com
sucesso também em áreas com elevados requisitos de segurança.
„Muito complicados“ – Contudo, atualmente os robôs permitem uma
programação e operação muito confortável.
As páginas a seguir fornecem informações atuais sobre a economia, segurança e conforto.
Além disso, são enfocados os efeitos da automação em relação aos empregos.
02 Os robôs hoje
Os robôs são econômicos – O tempo de amortização é baixo e a produtividade é alta.
O alto desempenho constante torna os robôs econômicos: Embora o homem continua trabalhando mais rápido e mais preciso que um robô – mas só durante os primeiros 20 minutos.
Depois a sua atenção diminui. O robô, por sua vez, continua trabalhando 24 horas ininterruptamente com o mesmo nível de qualidade. Sem robôs as máquinas ferramenta atingem
um grau de utilização de cerca de 70%, com robôs chegam perto de 100%. Pois os robôs
não precisam de pausas.
Os robôs jamais substituirão o homem. Mas, enquanto compensam os seus pontos fracos,
eles asseguram a rentabilidade da produção – e consequentemente os empregos. Uma transferência da produção a países de baixo nível salarial deixou de ser uma preocupação, pois
a automação com robôs é muito mais eficiente, econômica e segura.
Tempo produtivo
durante a presença2
99,995 %
Horas de trabalho
por ano
63 % - 84 %
8.760
Tempos de falta3
0,005 %
≈100%
3,3 %
1.760
Robô
Grau de utilização da
máquina ferramenta4
≈70%
Humano
GEO/Fabrik des Jahres 2010 (fábrica do ano] (produtividade de operadores de máquina alemães durante o tempo de presença)
DAK Gesundheitsreport 2011 (relatório de saúde] (média de tempos de falta por doença)
4
Avaliação de um grande fabricante de automóveis alemão de várias centenas de robôs (o robô „falta“ a cada 40.000 horas,
e mesmo assim, na média, apenas por duas horas)
2
3
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 04
Através de uma célula de robô os custos de investimento podem até dobrar para uma
máquina ferramenta. O que conta é a amortização. E essa amortização muitas vezes é
abaixo de dois anos – mesmo com abrangente espectro de peças.
O que os robôs realizam hoje em dia. Os robôs carregam de forma rápida e precisa as
máquinas ferramenta com peças brutas e, em seguida, retiram as peças usinadas. Mas,
o que eles fazem enquanto a máquina executa a usinagem propriamente dita? Quanto maior
forem esses intervalos, tanto mais importantes se tornam as atividades adicionais como:
Rebarbar
Carregar
e descarregar
Trocar
ferramentas
Inscrever
Limpar
Classificar
Os robôs são seguros – eles encontram a sua aplicação em áreas com altos requisitos
de segurança. As ponderações em relação à segurança no uso de robôs já não existem
mais há anos. Isso já foi reconhecido em muitas áreas com altos requisitos de segurança.
Assim os robôs KUKA atualmente são usados naturalmente para o transporte de pacientes
no centro cirúrgico. E o Robocoaster KUKA é o primeiro robô homologado com certificação
TÜV segundo a EN 13814 (DIN 4112) para serviços de passageiros. Seus componentes
estruturais e redutores são 100% certificados.
Função de segurança na indústria. Foram criadas funções de segurança próprias para
o uso industrial de robôs. Assim a KUKA.SafeOperation garante a restrição e o monitoramento de áreas de trabalho e de proteção. A parada de operação segura permite o trabalho
conjunto seguro e sem atritos de homens e máquinas.
Áreas de proteção controladas com a KUKA.SafeOperation
Testado segundo a ISO 13849-1 (Performance-Level d – categoria 3)
A KUKA.SafeOperation cria áreas de trabalho e de proteção para o uso seguro de robôs.
O pacote de software e de hardware apoia a cooperação segura de homem e máquina.
Graças às funções de controle, não há necessidade de nenhum monitoramento mecânico
da área de eixo. Todas as posições podem ser configuradas confortavelmente.
Monitoramento de velocidade e aceleração espacial e independente do espaço
Informação da posição atual do robô
Configuração de célula
Instalação de espaços de monitoramento, cercas de proteção e saídas de mensagens
Necessidade reduzida de área
Parada de operação segura
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 05
Os robôs são simples. Em sua execução de projeto, programação e unidade de comando, hoje é possível evitar dispêndios desnecessários.
Com base nas seguintes quatro opções mostramos como você chega a uma solução, que
é de projeção, programação e controle simples.
Qual é o grau de dificuldade para aprender a linguagem de programação de robôs?
Cada fabricante programa seus robôs em sua própria linguagem. Vale o seguinte: Quanto
mais fácil for o aprendizado desta linguagem, tanto menor será o dispêndio de treinamento
para o cliente. A linguagem de programação para robôs KUKA – a KUKA Robot Language
KRL – se aprende em apenas alguns dias. Para isso existem à disposição 30 centros de
treinamento no mundo todo. Alternativamente a KUKA oferece soluções, para as quais não
é necessário um conhecimento de uma linguagem específica de robô.
Até onde avançou a integração de robô e máquina?
A KUKA e a Siemens oferecem uma interface de operação comum para o robô e a máquina
ferramenta. A interface CNC permite uma livre comutação entre a unidade de comando do
robô e da máquina. Assim é possível operar toda a instalação através do painel de operação
da máquina ferramenta, na mesma linguagem para a máquina e o robô. Ambos os componentes se fundem cada vez mais em um centro de usinagem.
Hoje a operação do robô e da máquina ferramenta é possível confortavelmente através
de uma interface comum em apenas um equipamento terminal.
Um mundo para o integrador e o usuário final: Com mxAutomation a máquina ferramenta e o robô podem ser programados e operados através das mesmas ferramentas de software. A sequência de movimentos do robô se torna totalmente programável
na unidade de comando Sinumerik; a projeção ocorre no mundo Siemens-S7. Não são
mais necessários conhecimentos especiais sobre a programação e operação de robôs.
A diferença existente em segundo plano entre a unidade de comando da máquina e do
robô praticamente é imperceptível para o operador.
Para clientes com know-how em projeto e programação de comandos PLC.
Para a projeção bastam conhecimentos básicos sobre a técnica de robôs.
Biblioteca de módulos para o planejamento de movimentos do robô e execuções,
inclusive controle de componentes como garras e portas de proteção.
Operação confortável através do painel de operação Siemens 840D sl.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 06
Quão consistente é o ambiente de desenvolvimento?
O dispêndio para a programação da célula de robô pode ser consideravelmente reduzido
graças a um ambiente de desenvolvimento com banco de dados consistente e uma orientação
uniforme do usuário durante todo o ciclo de vida do software. KUKA.WorkVisual é um ambiente assim.
Layout de célula 3D e programação 3D
Operação confortável como copiar & colar ou arrastar & soltar
Teste de lógica
Comparação entre os mundos online e offline
Quão eficaz e amigável é o software?
A escolha do Software tem uma influência considerável sobre a simplicidade ou a complexidade com a qual é estruturada a programação e o comando de robôs e máquinas ferramenta.
Até o presente, somente a KUKA oferece pacotes de software que permitem uma programação e um comando integrado de robô e máquina ferramenta: KUKA.CNC e mxAutomation.
Com KUKA.CNC e mxAutomation não são mais necessários conhecimentos em uma
linguagem específica de robô.
KUKA.CNC permite a criação de programas CNC para a unidade de comando do robô.
O robô é programado diretamente através de uma cadeia CAD/CAM.
Os robôs são completamente programáveis em código G.
Os programas podem ser criados e modificados diretamente
na unidade de comando no código ISO.
Além de carregar e descarregar, podem ser programadas também
tarefas como rebarbar, furar e fresar.
A operação do robô ocorre através de telas, que são imediatamente
familiares a cada operador de máquina CNC.
Mudança simples entre unidade de comando do robô e a usinagem CNC.
03 Os robôs garantem os empregos
Aumentar a produtividade – Garantir empregos. Os robôs colocam empregos em risco?
À primeira vista é o que parece. De fato, os robôs assumem muitos trabalhos do homem.
Mas olhando-se mais de perto fica claro: Enquanto os robôs aumentam a rentabilidade da
produção, eles dão uma contribuição importante para garantir empregos.
Os robôs aliviam de trabalhos monótonos, fatigantes e sujos.
Os robôs assumem trabalhos que, em outro caso, deveriam ser realizados pelo homem. Além
disso, trata-se de trabalhos para os quais o empregador muitas vezes não consegue pessoal.
Pois ninguém gosta de fazer um trabalho monótono, fisicamente fatigante ou sujo.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 07
Ja, Os robôs tornam competitivas as unidades producentes com alto nível salarial.
Sim, os robôs colocam empregos em risco – mas somente se os empregadores precisassem transferir a sua produção para países de baixo nível salarial, caso não fizessem uso de
robôs. Muitos pedidos somente podem ser executados economicamente com baixos custos
salariais unitários. Então restam apenas três possibilidades: primeira, não aceitar os pedidos.
Os colaboradores não ganhariam nada com isto – ficariam sem trabalho. Segunda, transferir
a produção para um país com baixo custo salarial. Também aqui os colaboradores na fábrica
matriz seriam os perdedores. Terceira, executar os pedidos na união robô e homem. Assim
a empresa terá lucros e os empregos estarão mantidos na fábrica matriz.
Por que a transferência da produção também não é uma alternativa econômica?
Transferir a produção para o exterior, para economizar custos salariais, não é uma decisão
duvidosa apenas do ponto de vista do empregado e do cliente. As desvantagens também são
enormes para a empresa: Longas cadeias de logística levam a dificuldades de fornecimento.
A qualidade é de controle difícil ou muito caro e, além disso, constantemente são necessárias
viagens com dispêndio de tempo e de dinheiro. Além disso, a lealdade dos colaboradores
distantes é incerta e o risco de espionagem industrial muito elevado. No final, muitas vezes
percebe-se que os custos da transferência da produção são além da economia almejada.
A alternativa para transferências, demissões e fechamento de unidades. O robô protege
os empregos lá onde a maioria das empresas de usinagem e operadores de máquinas ferramenta querem ver seus colaboradores: na fábrica matriz de fácil acesso.
Também nos centros de usinagem automatizados são necessárias pessoas. Contudo, a sua
atividade muda: ela se torna mais interessante e lucrativa.
Junto com robôs os homens podem executar muito mais pedidos. E os pedidos estão aí:
O volume de trabalho aumenta no mundo todo. Muitos deles, porém, não são lucrativos – enquanto não forem executados por um robô. Ele os executa na operação noturna com pouco
pessoal. No dia seguinte os produtos prontos são embalados e expedidos pelos colaboradores.
Depois resta tempo suficiente para se qualificar como operador de robôs. Isso certamente
é muito mais emocionante do que operar 320 vezes a mesma alavanca dia após dia.
Insourcing econômico graças à automação
Vantagens para a empresa
Cadeia de logística curta
Produção próxima do cliente
Menor dispêndio de viagens
Controle da qualidade de execução
simples, econômica e segura
Elevada lealdade e produtividade
dos colaboradores
Vantagens para os colaboradores
Eliminação de trabalhos monótonos,
fatigantes e sujos
Continuidade de qualificação
Garantia de emprego
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 08
04 Case: Produção de componentes
KR QUANTEC com um mínimo de pessoal
A KUKA automatizou a produção de componentes para robôs da série compacta
KR QUANTEC. A produtividade aumentou em 10%, o investimento se amortiza num
prazo de 2,6 anos – ou também bem antes.
A própria KUKA utiliza robôs na produção de robôs industriais. Assim, em abril de 2012, em
Augsburg, entrou em operação um centro de usinagem da Burkhardt & Weber para a produção
por meio de usinagem. Aqui são usinados componentes da série de robôs KR QUANTEC.
O robô faz a usinagem alternante do balancim e do carrossel de duas variantes da série
compacta KUKA KR QUANTEC. Ele carrega e descarrega a máquina ferramenta com os
componentes de até 1,5 metros de comprimento. Durante os tempos secundários, ele assume atividades subsequentes.
Máquina ferramenta. MCX 900 da Burkhardt & Weber
Fertigungssysteme GmbH de Reutlingen – equipado
com um trocador de paletes duplos. Um palete está
equipado com dispositivos de fixação para o balancim,
o outro com os respectivos dispositivos para o carrossel.
Robô. Robô KUKA KR 500 L480-3MT. Com o seu grande espaço de trabalho e o prolongamento de braço
o robô atinge sem problemas os magazines de materiais e a estação de garras.
Unidade de comando do robô. Der O robô é instalado, programado e controlado com o software KUKA.
CNC. Com isso, os movimentos do robô são totalmente programáveis em código G. Não é necessária uma
tradução de programas de máquina para a linguagem
do robô. Os operadores controlam o robô através
da mesma interface, que lhes é familiar da operação
da máquina ferramenta.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 09
As duas alimentações de material são configuradas como mesas giratórias e podem receber respectivamente oito peças. O sistema de troca de ferramentas WWR1200 da empresa
sommer-automatic de Ettlingen está equipado com duas garras e um fuso de usinagem do
pacote KUKA.Milling.
O robô carrega e assume cinco atividades subsequentes – com opção de mais. Enquanto uma peça é usinada na máquina, o outro palete sai totalmente da máquina e pode
ser carregado com uma nova peça. Durante o carregamento e descarregamento o robô está
equipado com uma garra de manuseio. Para o modo de usinagem ele troca a garra pelo
fuso de usinagem. Com este ele busca a ferramenta necessária do magazine de ferramentas. Estão disponíveis cinco diferentes escovas e ferramentas de rebarbamento. Na estação
de ferramentas há lugar para outras cinco ferramentas – sendo estas para funções adicionais.
01
>>
O esforço físico
para o alinhamento preciso da peça
é suprimido
Anualmente
é possível usinar
300 componentes
a mais do que
anteriormente.
02
<<
03
>>
04
<<
A operação ocorre
praticamente sem
pessoal,
os turnos noturnos
são totalmente
automáticos.
Os dispendiosos
meios de fixação
não podem mais
ser danificados
pelo guindaste
durante
o carregamento e
descarregamento.
Fixação em dois em vez de em até 15 minutos. Antigamente o usuário tinha que carregar
os componentes pesados manualmente na mesa de fixação com a ajuda de um guindaste
e colocá-la com grande dispêndio diretamente na máquina. Hoje ele coloca as peças na
alimentação de material sobre os suportes de estrutura simples no robô. Isso reduz consideravelmente o dispêndio de tempo para a fixação de uma peça: A operação para a qual
o operador necessitava de até 15 minutos, o robô executa em apenas dois minutos.
O investimento se amortiza num prazo de 2,6 anos. Ou também bem mais rápido. Pois está
planejado usar ainda mais intensivamente os tempos secundários, transferindo-se outras
funções da máquina ferramenta para o robô. Exemplos disso são as furações no balancim
e no carrossel. Dessa forma o robô fica ainda mais rentável.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
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05 Quick-Check: A sua produção está pronta para
o uso de robôs?
O grau de automação de máquinas ferramenta aumentará. Ainda é pouco conhecido no
ramo, com que rapidez os custos de investimento para robôs na construção de ferramentas
e máquinas são amortizados, com que segurança os robôs trabalham e o quanto eles são
fáceis de programar e controlar. Contudo, há uma enorme ressonância toda vez que são
apresentadas as vantagens da automação.
Critérios de decisão. Em 20% de todas as máquinas ferramenta a automação com robôs
seria vantajosa. As máquinas em sua própria empresa de usinagem também se enquadram
aqui? Os critérios a seguir são um primeiro ponto de apoio para isso.
verdadeiro
parcialmente
verdadeiro
não conforme
Você está sob pressão para aumentar
a sua produtividade?
Os seus clientes esperam alta qualidade
e precisão na usinagem?
Os seus componentes a serem usinados
são de alta complexidade?
Para a sua empresa é importante reduzir
os prazos de fornecimento?
Você considera os seus custos salariais
unitários muito altos?
Você gostaria de aliviar os seus operadores
de atividades desagradáveis?
Deseja aumentar a vida útil do fuso?
A sua quota de sucatas está muito alta?
Você gostaria de aumentar o manuseio sem falhas das
peças de ferramentas e reduzir a quota de sucatas?
Você gostaria de realizar turnos adicionais
sem custos adicionais de pessoal?
Os armazenamentos temporários de peças entre
os passos de trabalho são muito grandes/muito caros?
Você gostaria de estruturar os ambientes
de trabalho de forma mais atrativa?
Você marcou „verdadeiro“ ou „parcialmente verdadeiro“ na metade destas perguntas? Então
recomenda-se analisar mais detalhadamente os custos e benefícios de uma automação com
robôs – mesmo em lotes de fabricação pequenos. Um especialista da KUKA terá o maior
prazer em lhe orientar num diálogo de consultoria individual sobre o que deve ser observado
em sua situação específica.
KUKA White Paper – Automation of Machine Tools
P 11
06 KUKA Roboter GmbH
Sistemas de robô para empresas de usinagem e usuários de máquinas ferramenta.
A KUKA oferece todos os componentes essenciais para a automação de máquinas ferramenta
de uma só fonte, desde robôs e unidades de comando até pacotes de funções e de tecnologia.
KUKA Roboter
& Controller
Consulting
& Engineering
KUKA
College
Suporte
Técnico
KUKA
Refurbishment
KUKA Roboter GmbH com sede principal em Augsburg, é uma empresa da KUKA
Aktiengesellschaft, e é considerada líder mundial na fabricação de robôs industriais. Suas
principais áreas de atuação são o desenvolvimento e produção, bem como a venda de robôs
industriais, unidades de comando e software. A empresa é líder de mercado na Alemanha
e Europa, ocupando o segundo lugar no mundo. A KUKA Roboter GmbH emprega mundialmente cerca de 3.464 colaboradores. O faturamento de 2013 foi de 754,1 milhões de Euros.
A empresa é representada por mais de 26 filiais nos mais importantes mercados da Europa,
América e Ásia.
Autor
Andreas Schuhbauer
Key Technology Management WZM
KUKA Roboter GmbH
Hery Park 3000
86368 Gersthofen
Fone: +49 821 4533 2812
Celular: +49 173 380 2366
[email protected]
www.kuka-robotics.com
Contato
KUKA ROBOTS IBÉRICA, S.A.
Rua do Alto da Guerra n°50
Armazém 04
2910-011 Setúbal
Portugal
Fone: +351 265 729 780
Fax: +351 265 729 782
[email protected]
www.kuka-robotics.es
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