Fala-se muito da “quarta revolução industrial”, mas será que estamos nos esquecendo do que uma fábrica inteligente deveria oferecer para o cliente, para o fornecedor e para a sociedade?
Denis Wohlfeld da FARO® explica como as fábricas inteligentes deveriam funcionar, a função especial da FARO para atingir essa meta, a colaboração homem-robô e a ARENA2036.
O mundo industrializado está lutando contra a baixa produtividade, os altos salários e os consumidores que, cada vez mais, exigem produtos mais personalizados. As fábricas estão respondendo.
De acordo com o Dr. Denis Wohlfeld, gerente sênior de inovações da FARO, a fábrica do futuro tomará suas próprias decisões. Isso representa um grande avanço na produtividade e produção flexível, muito à frente do que pode ser alcançado pelas metodologias de produção convencionais “simples”, porém basicamente manuais.
Para o Dr. Wohlfeld, a “Indústria 4.0” é a capacidade que surge da conexão de vários componentes na fábrica, permitindo que operem de forma autônoma.
Uma peça essencial dessa combinação tecnológica é o software que produz um gêmeo digital de uma peça, de uma montagem ou de uma fábrica completa. Com essa cópia digital, os engenheiros podem testar e simular novos parâmetros e variações de projeto, que seriam impossíveis no ambiente físico, com um alto grau de precisão.
E a convergência de máquinas inteligentes, produtos inteligentes e gêmeos digitais descreve claramente o trabalho da FARO, uma empresa global de hardware e softwares de medição. De acordo com Wohlfeld, “A FARO está conectando os ambientes físico e digital com produtos e softwares.” “As soluções são usadas em metrologia industrial, com medições de alta precisão, em BIM/CIM ou em modelagem de informações para construção, mercado no qual digitalizamos instalações e ambientes inteiros, reunindo tudo. Somos o elo entre o ambiente físico e o digital.”
O Dr. Denis Wohlfeld conhece bem a mudança. Ele é PhD em física e engenharia da computação pela Universidade de Heidelberg e dirigiu uma start-up industrial denominada DENSIC. Atualmente, ele é o líder em inovação tecnológica de fábricas inteligentes da FARO e coordena o projeto “Gêmeo Digital” da ARENA2036, um programa de pesquisa com vários parceiros para acelerar a tecnologia de produção inteligente (veja a seguir).
A Função da FARO nas Fábricas Inteligentes
Wohlfeld acredita as fábricas inteligentes terão pensamento próprio. “Estamos caminhando para um nível de produção onde as máquinas e os produtos tomarão decisões reais, melhores do que aquelas tomadas por humanos.” “Esse não é o nível atual, mas podemos alcança-lo. Por que isso é importante? Para evitar erros, aumentar a repetibilidade e criar um sistema de produção que responda de forma rápida e flexível às mudanças de demanda em tempo real.”
A variabilidade das vendas e a alta personalização de produtos no setor automotivo torna os sistemas de manufatura repetitiva e de grande volume inadequados para algumas montadoras. Os fabricantes precisam de um sistema diferente que seja flexível para a demanda diária por modelos diferentes. Por exemplo, com parceiros de tecnologia na ARENA2036, as montadoras Daimler e John Deere estão estudando como novos sistemas de produção, que combinam robôs colaboradores (denominados “cobots”), e o uso de uma plataforma única de dados, que traduz informações de ERP rapidamente para o chão de fábrica, podem ligar e desligar as células de produção em resposta a variações na demanda em tempo real.
A medição desempenha um papel essencial na fábrica inteligente. Se for possível medir uma peça fabricada ou um edifício com precisão, rapidez e poucas interrupções da produção, isso gera um aumento da produtividade. Um dos objetivos principais da Indústria 4.0 é a maior repetibilidade combinada à maior flexibilidade. Métodos novos e mais rápidos de medição de componentes usando tecnologia de digitalização ajudarão a atingir esse objetivo.
Denis Wohlfeld acredita que ter um gêmeo digital é outro componente essencial das fábricas inteligentes. Essas réplicas em 3D de peças, produtos e edifícios, frequentemente examinadas com óculos mistos ou de realidade virtual (RV), revelam características e falhas de projeto anteriormente indisponíveis para os engenheiros. “O principal benefício é ter um gêmeo digital ao final [de um projeto de manufatura] já que ele deve saber o que acontece dentro da instalação”, afirma Wohlfeld. “Assim como um humano tem olhos e o tato na pontas dos dedos, temos a tecnologia da FARO para conectar esses dois ambientes.” A FARO não cria o gêmeo digital, mas com seus equipamentos de visualização, como câmeras, lasers e sensores, coleta dados para o gêmeo e oferece suporte.
É o hardware imitando, o máximo possível, a capacidade humana. “Também podemos criar os “olhos” para um robô. Dessa forma, o robô saberá o que está acima ou abaixo dele e poderá reagir ao que estiver ao seu redor”, conta Wohlfeld.
Assim como a inspeção micrométrica para medição de peças, a FARO também oferece olhos à fabrica, com um vasto conjunto de scanners que podem digitalizar um edifício e coletar milhões de pontos de dados em 3D em uma digitalização. A digitalização também ajuda a fábrica inteligente a calcular a capacidade. Dados sobre o uso da máquina e estoque são coletados e transferidos para um Controle de Manufatura ou Sistema de Execução, sendo possível ajustar a capacidade, os materiais e a mão de obra.
Ao simular cenários futuros, o gêmeo digital também fornece um modelo da fábrica para a tomada de decisões precisas de planejamento. Atualmente, um sistema de ERP pode fazer a interface entre a fábrica real e a digital (ou virtual), onde a fábrica virtual pode ser usada para analisar o melhor processo de trabalho possível na fábrica real. “Ao final, o gêmeo digital pode até ser conectado ao cliente. Por que envolver um ser humano?”, questiona Wohlfeld.
ARENA2036
A ARENA2036 é uma instituição de pesquisa nova e ultramoderna localizada no campus da Universidade de Stuttgart. A origem do nome é o ano 2036, que marcará o 150o aniversário do automóvel. Descrita como a maior empresa de pesquisa na área da produção do futuro, seu objetivo é a pesquisa colaborativa de novas aplicações da produção de manufatura inteligente. Por exemplo, projetos como o LeiFu, que investigam como materiais leves em grande quantidade serão transformados em estruturas com funcionalidade integrada, com uma grande variedade de produtos.
Trinta empresas, como a BASF, Bosch, Daimler, FARO, John Deere, KUKA Robotics e Siemens, universidades, o instituto Fraunhofer e outros organismos de pesquisa são parceiros de pesquisa. O Dr. Wohlfeld é o coordenador da ARENA2036 para o Gêmeo Digital.
Uma área de pesquisa da ARENA2036 é o aperfeiçoamento máximo da combinação das operações humanas, robóticas e de máquinas.
A fábrica de teste tem “ilhas de produção”. “Nós as denominamos «produção líquida»”, conta Wolhfeld. “Robôs e pessoas são como líquidos, eles se movem. Mas os sistemas atuais de produção são muito rígidos. Estamos estudando uma forma de quebrar esse sistema para criar ilhas isoladas de tecnologia especializada. Uma área pode modelar plásticos, enrolar cabos em bobinas, cortar metais e outra é o portal de qualidade para inspeção. O produto pode decidir para qual ilha vai. O produto decide a velocidade da cadeia.”
E a função dos humanos em um sistema tão inteligente?
Os humanos terão uma função importante nesses novos sistemas de fábrica, em trabalhos modificados com menos esforço físico e menores riscos. A beleza do sistema de fábrica da ARENA2036 é que ele responderá melhor ao comportamento humano. De acordo com Wohlfeld, “Os sistemas atuais são inflexíveis.” “A fábrica do futuro poderá reagir à disponibilidade dos operários e às necessidades humanas. Por exemplo, caso alguém decida tirar um dia de folga, o sistema pode fazer o reagendamento. Humanos sentem dores nas costas e não conseguem desempenhar várias tarefas ao mesmo tempo; então, podemos enviar cobots para realizar essas tarefas com os humanos.”
O Quality Gate da FARO
Apresentado em abril na feira Control em Stuttgart, o Quality Gate da FARO é uma nova tecnologia de medição inteligente com inspeção de qualidade sem contato em várias etapas que usa um sensor dinâmico de visualização (DMVS).
Por exemplo, um processo de produção pode ter cinco etapas e um portal de qualidade. Em uma configuração fluida, o portal de qualidade pode ser usado para concluir o processo ou, de maneira mais flexível, após algumas etapas para redirecionar o fluxo de produção. Nas etapas onde existe a verificação da qualidade do produto, o sistema poderia se adaptar automaticamente aos resultados da inspeção da qualidade (potencialmente reprovando e devolvendo a peça).
Ele é inteligente e o computador pode otimizar o sistema para informar onde a peça foi reprovada. “Integrado à uma fábrica inteligente, o Quality Gate pode detectar em que ponto a peça foi reprovada na inspeção de qualidade e interromper a produção nessa etapa. A reação é muito mais rápida”, afirma Wohlfeld. A equipe do FARO LABS pode compartilhar mais exemplos do Quality Gate em ação nas instalações de clientes.
A inteligência artificial terá um papel na fábrica inteligente da FARO e na ARENA2036?
“No momento [nossa pesquisa] está concentrada em conectar tudo e obter respostas de produtos inteligentes e produtos personalizados com o mesmo custo dos produtos fabricados em massa”, relata Wohlfeld.
Assim que o gêmeo digital estiver amplamente disponível, a inteligência artificial permitirá que a fábrica tome suas próprias decisões com base no histórico completo da produção e nos dados reais do mercado. Ela aprenderá, dia a dia, como tornar a produção mais eficaz. Ela poderá até mesmo combinar experiências de outras fábricas ao redor do mundo para enfrentar novos cenários. A FARO está levando esse desenvolvimento tecnológico muito a sério, está pesquisando a inteligência artificial e como adaptar essa tecnologia às exigências atuais dos clientes.
Estamos caminhando para um nível de produção onde as máquinas e os produtos tomarão decisões reais, melhores do que as decisões tomadas por humanos.
Dr. Denis Wohlfeld, Gerente Sênior de Inovações, FARO Technologies