Seleção robotizada inteligente para baterias automotivas impulsiona produtividade diária em 300%

Seleção robotizada inteligente para baterias automotivas impulsiona produtividade diária em 300%

Com a demanda por veículos elétricos e híbridos aumentando em todo o mundo, uma empresa norte-americana de produtos remanufaturados está usando uma combinação de automação robótica e software inteligente para coordenar a crítica seleção de componentes de bateria

Resumo

A aplicação
Seleção automatizada de componentes para remanufatura de baterias para veículos híbridos na empresa norte-americana de produtos remanufaturados Dorman Products Inc.

O desafio
A empresa precisava encontrar uma maneira de acelerar o processo de identificação e seleção dos 28 módulos corretos para permitir a configuração ideal para uma bateria remontada.

A solução
Um sistema robótico modelado em RobotStudio englobando um único robô ABB com software inteligente ajudou a reduzir o tempo de montagem da bateria em 66%, aumentando a produtividade da planta de baterias completamente finalizadas em 300%.

A agilidade do software ABB para projeto e simulação no modelamento de soluções automatizadas para problemas complexos de manufatura foi amplamente comprovada em um projeto para a empresa automotiva norte-americana de remanufatura de baterias, a Dorman Products Inc., o que resultou em um único robô ABB selecionando produtos de 5.000 pontos diferentes de armazenamento.

O sistema robótico reduziu o tempo de montagem da bateria em 66%, relatou a Dorman, o que traduz-se em 300% de aumento na produtividade diária da planta de baterias completas. Os retornos em garantia caíram em 27%.

Com seu foco em remontar baterias completas para os veículos híbridos Toyota Prius, a fábrica da Dorman em Sanford, na Carolina do Norte, enfrentou grandes desafios ao identificar 28 módulos diferentes que, somente com a combinação correta, formam a bateria completa perfeita para substituição. Antes disso, os operadores já haviam tentado combinações com até 100 módulos recondicionados, em um processo manual minucioso de tentativa e erro, antes de encontrar o melhor resultado para uma bateria completa específica.

Com seu foco em remontar pacotes de bateria para os veículos Toyota Prius de direção híbrida, a fábrica da Dorman em Sanford, na Carolina do Norte, enfrentou grandes desafios ao identificar 28 módulos diferentes que, somente com a combinação correta, formam em conjunto a bateria de substituição ideal. Antes disso, os operadores já haviam tentado combinações com até 100 módulos recondicionados, em um processo manual minucioso de tentativa e erro, antes de encontrar o melhor resultado para um pacote de bateria específico.

"Os clientes não estavam tendo uma experiência aceitável com o produto, os pedidos começaram a levar muito tempo para serem finalizados e havia muitas devoluções,” diz Michael Menta, vice-presidente de engenharia na Dorman. “Nós tivemos que dar um passo para trás, avaliar todo o processo do início ao fim e achar onde as falhas ocorriam.”

Uma automação parcial do processo, com foco no sistema de classificação da linha de entrada para módulos recebidos, não resolvia o gargalo da operação tanto na velocidade de preenchimento dos pedidos quanto na qualidade das baterias resultantes.

Menta e sua equipe foram para a Production Systems Automation (PSA), na Pensilvânia, para explorar soluções potenciais de automação customizada. “Não tínhamos nenhuma noção preconcebida de qual seria a forma de um sistema automatizado de combinação de módulos, ou se seria mesmo possível,” disse ele.

Chris Lesnefsky, engenheiro de projeto da PSA, aplicou o software ABB de simulação, o RobotStudio para solucionar o problema, sem aplicativos de uso final comparáveis para ter como base de qualquer solução.

“As simulações que podem ser criadas no RobotStudio são incrivelmente realistas, virtualmente idênticas de como um conceito e seus vários componentes vão funcionar no chão de fábrica,” disse ele. “Eu pude experimentar vários conceitos, completos com leituras precisas em termos de alcance, velocidade, distância, localização do transportador, e assim por diante, nos permitindo otimizar o layout e trajetórias do robô para atingir os melhores tempos de ciclo. O RobotStudio é uma ferramenta incrível para o projeto, prova de conceito do sistema e, claro, para programar robôs.”

A solução que Lesnefsky desenvolveu depois, oferecendo o melhor resultado entre espaço da fábrica e capacidade, envolvia organizar 10 colunas de prateleiras abrigando até 5.000 módulos em um “decágono” em volta de um robô central ABB industrial de seis eixos, o IRB 4600. A carga útil do robô é de 40kg, com um alcance de 2,55m, ele pode identificar e retirar módulos de qualquer posição de armazenamento em 360 graus.

Um atuador deslizante linear no braço do robô garante que ele alcance cada posição nas prateleiras, e a ferramenta no punho do robô (end-of-arm-tooling - EOAT) possui uma garra Schunk e sensores para garantir que o manuseio seja suave e sem colisões. Qualquer módulo sujeito a deve ser descartado.

Para um lado da célula, há uma abertura para separação de nível com uma esteira servo-operada. Uma esteira traz módulos para serem colocados em posição no módulo “biblioteca”, enquanto os outros removem módulos que teriam sido pegos como combinações prováveis dentro de um conjunto de bateria específico.

O robô pode armazenar ou retirar um módulo a cada oito segundos. O sistema opera normalmente por um total de 104 horas por semana, divididas em períodos quando os módulos estão sendo colocados em armazenamento e outros períodos quando os módulos selecionados estão sendo retirados.

A parte “pensante” da instalação Dorman é tão importante quanto o aspecto de manuseio físico. Ele consiste de um controlador ABB IRC 5, que faz interface por meio de um PLC com o software de programação LabVIEW.

À medida que os módulos entram na área de armazenamento, uma câmera de inspeção SICK escaneia o QR code para correlacionar a data de entrada e classificação dos itens com sua localização de armazenamento. O programa LabVIEW armazena esses dados e, minuciosamente, inclui um recurso que identifica a probabilidade de boas combinações de cada um dos 28 módulos da bateria. Os QR codes também são escaneados na saída da área.

“Quando o robô começa o processo de combinação, o software de programação LabVIEW instrui o robô dos módulos a serem retirados, e em qual ordem isso deve ser feito, com base nas especificações do pedido específico,” disse Menta, da Dorman. “Há vários parâmetros proprietários que emparelham os módulos.”

Dois módulos vão juntos para o emparelhamento. Quatorze pares compõem um bateria. Cada módulo deve estar perfeitamente combinado com seu par, e todos os pares devem estar perfeitamente combinados entre si.

O software oferece uma vantagem valiosa e adicional para a Dorman em termos de gestão de inventário. Ela monitora esses módulos que ficaram ociosos por muitos meses, ou falharam devido a tentativas repetidas de combinação para formar uma bateria, e então os remove da área de armazenamento.

Assim como estabelecer a configuração ideal do sistema para automatizar o processo - com a ajuda do RobotStudio -, a PSA também era fundamental para identificar os componentes necessários do sistema e garantir que a comunicação através deste sistema fosse completa e ininterrupta, disse Dorman. “O controlador do robô IRC 5 da ABB faz interface com o PLC e o software LabVIEW é o cérebro central da operação,” Menta acrescentou.

“A torre de armazenamento robótico circular aprimorou drasticamente nosso negócio de bateria híbrida remanufaturada,” conclui Menta. "Fomos de um processo excessivamente longo e manual, de retirada infinita de módulos dos caixotes para encontrar combinações precisas, para o processo automatizado, que é muito mais fácil para a nossa equipe.”

Ele também tem se provado muito mais eficiente para o negócio e, com a demanda por veículos híbridos e elétricos aumentando exponencialmente, talvez esse não seja o último sistema de combinação de módulos de bateria automatizado deste tipo.

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