Benefícios da alimentação de máquinas com robôs colaborativos

A alimentação de máquinas, ou seja, o carregamento e descarregamento de equipamentos de fabricação, é uma das principais aplicações dos robôs industriais. Desde 1961, quando o primeiro robô industrial da Unimation foi instalado em uma planta de fundição sob pressão da GM, essa aplicação permanece atual e estratégica.

O conceito é simples: remover uma peça finalizada da máquina, inserir uma peça bruta e repetir o ciclo. Embora a lógica continue a mesma, o alcance e os benefícios evoluíram significativamente ao longo do tempo.

A lista de equipamentos que podem ser automatizados com robôs é extensa. Entre eles estão:

• Máquinas-ferramenta CNC
• Máquinas de moldagem por injeção
• Equipamentos de fundição sob pressão
• Sistemas de montagem
• Máquinas de manufatura aditiva

Em algumas aplicações, apenas a remoção da peça finalizada é automatizada. Em outras, o carregamento de peças brutas ou componentes também faz parte do processo.

A escassez de profissionais na manufatura continua sendo um dos principais impulsionadores da automação da alimentação de máquinas em todo o mundo. Em abril de 2023, o Bureau of Labor Statistics registrou 694.000 vagas abertas apenas no setor manufatureiro dos Estados Unidos. Apesar de representar uma queda em relação ao pico de 1.000.000 de vagas em janeiro de 2021, o número ainda supera os níveis pré-pandemia e não demonstra melhora significativa.

A alimentação de máquinas é considerada um trabalho do tipo DDD, Dull, Dirty and Dangerous, ou seja, Monótono, Sujo e Perigoso. São funções difíceis de preencher e com alta rotatividade.

Sem uma solução imediata para a escassez de mão de obra, empresas de todos os portes precisam aumentar produtividade e produção com as equipes atuais. É nesse contexto que a automação robótica ganha relevância.

Embora a alimentação de máquinas com robôs tradicionais seja utilizada há décadas, essa abordagem apresenta limitações que a tornam inviável para muitas operações.

Espaço físico

As proteções de segurança exigidas pela automação tradicional consomem grandes áreas do chão de fábrica. Em muitos casos, é necessário realocar máquinas, redes elétricas de alta tensão e outras utilidades.

Complexidade

Robôs tradicionais são complexos para programar, operar e manter. Pequenas empresas geralmente não possuem profissionais especializados para esse tipo de automação, enquanto grandes empresas precisam lidar com custos elevados.

Prazos de implementação

Os projetos de automação tradicional costumam levar de 3 a 5 meses para entrar em operação. Para empresas que enfrentam desafios diários de mão de obra, esse prazo é longo demais.

Flexibilidade limitada

Robôs tradicionais são difíceis de mover e de reprogramar para novas peças. Isso reduz a flexibilidade operacional e limita a eficiência global.

Custo total

Considerando todos esses fatores, a alimentação de máquinas com robôs tradicionais se torna um investimento alto e, muitas vezes, difícil de justificar.

A alimentação de máquinas com robôs colaborativos, ou cobots, surge como uma evolução desse cenário. A Universal Robots lançou o primeiro cobot em 2008 e já entregou mais de 100.000 unidades em todo o mundo. A alimentação de máquinas foi a primeira aplicação dos cobots da UR e continua sendo o principal segmento.

Veja a seguir as principais vantagens de implementar um cobot em aplicações de alimentação de máquinas:

Espaço otimizado

Com uma avaliação de risco adequada, os cobots podem operar ao longo de linhas manuais sem necessidade de cercas, intertravamentos ou barreiras físicas. Na maioria dos casos, não é preciso realocar máquinas ou infraestrutura.

Facilidade de programação

As soluções baseadas em cobots UR podem ser programadas e operadas por engenheiros de manufatura, técnicos e operadores de linha. Não é necessário depender exclusivamente de engenheiros especializados em robótica.

Implementação rápida

Os longos prazos ficaram no passado. É comum que soluções com cobots estejam operando em 3 ou 4 semanas após o pedido.

Máxima flexibilidade

Novas peças podem ser programadas em minutos. Isso é especialmente importante em ambientes de alta variedade e baixo volume de produção.

Custo reduzido e ROI acelerado

O custo total normalmente varia entre um terço e metade do valor da automação tradicional. Com implementação rápida, o retorno sobre investimento acontece em tempo recorde.

Mais produtividade

O aumento de produtividade com cobots ocorre de diversas formas, mas sempre com foco em potencializar a equipe qualificada existente.

A configuração mais comum é de um cobot para cada máquina. Dependendo do tempo de ciclo e do layout, um único cobot pode atender duas ou até três máquinas, com apenas um operador responsável pelo abastecimento.

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Em muitas empresas, a falta de operadores deixou máquinas ociosas. Isso reduz receita, enquanto o equipamento continua depreciando, ocupando espaço e, em alguns casos, gerando despesas financeiras. Além disso, atrasos na entrega comprometem o relacionamento com clientes.

Mesmo em empresas que não enfrentam falta de profissionais, a automação com cobots aumenta a produtividade. Na operação manual, a produção para durante intervalos, almoço e no fim do turno.

Manter a operação durante dois intervalos de 15 minutos e um almoço de 30 minutos pode elevar a produção em 12,5% em um turno de 8 horas. Além disso, recursos como alimentadores flexíveis, monitoramento de processo e compensação de desgaste de ferramentas permitem estender a produção após o expediente, muitas vezes com um segundo turno sem supervisão.

"Desde que essa solução foi implementada nos processos de usinagem, nossa empresa adicionou mais de 1.200 a 1.600 horas de produção por cada máquina automatizada anualmente"

Uzi Rave, COO da EMI

Em operações manuais, o tempo de ciclo depende diretamente do ritmo do operador. Manter o menor tempo possível ao longo de um turno completo é extremamente desafiador.

Com cobots, o tempo de ciclo passa a ser controlado pelo sistema automatizado, garantindo produção máxima e constante.

Além disso, o carregamento manual pode gerar desalinhamentos e posicionamentos incorretos, resultando em refugo. A automação com cobots é precisa e repetível ciclo após ciclo. O sensor de força integrado dos cobots UR contribui para garantir alinhamento e encaixe corretos.

Na automação tradicional, como a instalação costuma ser permanente, é necessário ter volume suficiente de peças para justificar o investimento.

Com cobots, é possível mover o equipamento de uma máquina para outra conforme o plano de produção diário ou semanal. Em muitos casos, os cobots são instalados em carrinhos móveis, mantendo alta taxa de utilização e acelerando o retorno sobre investimento.

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O desafio da mão de obra não está apenas na contratação, mas também na retenção e satisfação dos colaboradores atuais.

Trabalhar o dia inteiro em pé, carregando e descarregando peças enquanto se busca manter ciclos curtos e zero refugo, é desgastante. Automatizar tarefas Monótonas, Sujas e Perigosas aumenta a segurança, reduz solicitações de indenização por acidentes e eleva a satisfação no trabalho.

Quando os candidatos percebem que irão trabalhar com robôs, e não como robôs, o processo de contratação se torna mais simples.

"Se não tivéssemos construído toda a empresa em torno do conceito de automação, nossos 65 colaboradores não teriam esses empregos. E os produtos que fabricamos, caso conseguíssemos estruturar uma empresa em torno deles, só seriam acessíveis a uma parcela muito pequena de pessoas."

Wiley Davis, CEO e cofundador, Go Fast Campers

Se você deseja implementar uma aplicação de alimentação de máquinas com cobots, a Universal Robots está à disposição para fornecer orientação e insights.

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