Resposta direta: Em uma célula de alimentação de máquinas robotizada, o braço fica ocioso durante a maior parte do ciclo. O tempo do ciclo de alimentação da máquina é determinado pelo processamento da máquina, pela sequência de portas e mandris e pela confiabilidade com que as peças são apresentadas — e não pela velocidade máxima do robô. Dimensionar a célula a partir do ciclo da máquina primeiro, depois decidir se um robô atenderá uma máquina ou várias. Um braço mais rápido apenas encurta a parte de manuseio.
Para quem é: Este guia foi escrito para engenheiros de produção e automação que dimensionam uma célula de alimentação de máquinas robotizada, e para compradores que receberam uma cotação de tempo de ciclo e precisam saber do que ele realmente depende.
Escopo: Este livro aborda como o tempo em um ciclo de alimentação realmente é gasto, o que o robô controla e o que não controla, e como medir o resultado de forma honesta. Não aborda a seleção de parâmetros de corte, a capacidade da máquina-ferramenta ou o projeto de dispositivos de fixação dentro da máquina.
Para onde vai o tempo do ciclo de alimentação da máquina?
O tempo de ciclo de operação da máquina só faz sentido quando o ciclo é dividido em seus segmentos reais, e o cenário muda rapidamente quando isso acontece. Há uma coleta da peça na posição de preparação, um deslocamento até a máquina, uma transferência de carga e fixação, uma retirada, um período durante o qual a máquina processa a peça, uma descarga e um retorno à posição de preparação. No vídeo de referência deste guia, o robô pega uma peça em forma de anel de uma bandeja de preparação, coloca-a na placa do torno e, em seguida, retira-se da área de trabalho enquanto a máquina usina.
O EVST divide uma cotação de usinagem exatamente nesses segmentos. Desses segmentos, o robô controla os movimentos e a transferência. Ele não controla o período de processamento e, na maioria dos trabalhos de torneamento, fresagem e retificação, o período de processamento é o maior bloco individual. É por isso que a velocidade do braço tem um efeito limitado na produção da célula e por que cotar uma célula apenas com base na velocidade do braço fornece pouca informação.
Isso também explica um resultado que surpreende as pessoas na primeira vez que o medem: tornar o robô mais rápido pode deixar o ciclo inalterado, porque o braço simplesmente chega à sua posição de espera mais cedo. O ganho só aparece se o segmento de manipulação já estava no caminho crítico desde o início. O que é o acionamento de máquinas por robôs e como funciona? Consiste, em grande parte, em entender qual segmento é crítico.
A transferência de responsabilidade é a restrição, não o braço.
A transição — aproximação, inserção, fixação, confirmação, liberação, retração — é onde reside a verdadeira variabilidade. O tempo de fechamento do mandril ou da morsa, a abertura e o fechamento da porta, a remoção do fluido de corte e dos cavacos, e o sinal de confirmação que indica que a peça está posicionada, tudo isso ocorre dentro desse intervalo. Cada um desses fatores é uma propriedade da máquina ou do dispositivo de fixação, não do robô em si.
A EVST trata a transferência como a especificação, não o braço. É aqui que a confiabilidade é ganha ou perdida. Uma transferência que funciona noventa e nove vezes em cem produz uma célula desatendida que precisa ser atendida. Confirmação positiva de presença parcial, uma recuperação definida para um assento com falha e uma estratégia de gerenciamento de chips valem mais para a produção real do que um perfil de movimento mais rápido.
Os sinais em si precisam ser acordados com o fabricante da máquina-ferramenta antecipadamente. O que o controle pode expor — fim de ciclo, estado da porta, estado do mandril, estado de alarme — determina o quão rigorosamente a célula pode ser sequenciada. De acordo com a norma IEC 60204-1:2016, os requisitos gerais se aplicam aos equipamentos elétricos das máquinas, que é a estrutura na qual essa interface é especificada e cabeada, em vez de improvisada.
A apresentação da parte determina se a célula funciona sem supervisão.
Uma célula de triagem opera sem supervisão apenas enquanto consegue encontrar a próxima peça em uma posição conhecida. Bandejas e paletes fornecem uma posição conhecida, ao custo de uma etapa de triagem anterior. Caixas e esteiras reduzem essa etapa, mas exigem sensores de demanda e introduzem variação. A escolha é uma decisão de fluxo de materiais com consequências para a automação, e geralmente é feita tarde demais.
A apresentação também define o design da garra. Uma peça que sempre chega na mesma orientação pode usar uma garra simples de duas mandíbulas; uma peça que chega com orientação imprecisa precisa de uma estação de reposicionamento, uma abordagem flexível ou visão computacional. Cada uma dessas opções representa um acréscimo significativo ao segmento de manipulação, que é o único segmento que o robô de fato controla.
A peça finalizada requer o mesmo cuidado. Nas imagens de referência, o robô retorna a peça usinada para a bandeja de preparação, que é o padrão confiável mais simples: a mesma família de posições para entrada e saída, de modo que um único esquema de aprendizado abrange ambas.
Tabela de decisão: que evidências justificam qual configuração de tendência
Cada item aqui pode ser resolvido com dados que você já possui ou que pode coletar em uma tarde. Nenhum deles exige que o robô seja selecionado previamente.
| Evidências da máquina e da peça | Configuração que justifica | Provas de que você ainda deve |
|---|---|---|
| Tempo de processamento longo, uma máquina | Um robô servindo várias máquinas | Pior cenário de espera quando duas máquinas terminam ao mesmo tempo, tempo de deslocamento a pé ou de trem, gerenciamento de alarmes |
| Tempo de processamento curto, uma máquina | Um robô dedicado a essa máquina, com foco na transferência de responsabilidade. | Análise do tempo de entrega, sequência de portas e mandris, confiabilidade do sinal de confirmação |
| As peças chegam soltas e sem muita organização. | Sensor ou estação de reajuste de pegada antes do carregamento | Tempo de processamento adicionado, modo de falha quando a orientação não é encontrada, procedimento de recuperação. |
| É necessário que o equipamento funcione sem supervisão durante um turno. | Capacidade de armazenamento dimensionada para o turno, gerenciamento de chips e fluido refrigerante. | Quantidade de buffer realmente necessária, intervalo de limpeza do chip, o que interrompe a célula com segurança |
| Peças misturadas na mesma máquina | Programa gerenciado e conjunto de garras com identificação positiva | Procedimento e tempo de troca, prevenção de programas incorretos, regra da primeira execução |
Um robô, várias máquinas
Servir várias máquinas com um único robô é a maneira padrão de converter um longo tempo de processamento em utilização. Isso também introduz um novo modo de falha: a contenção. Quando duas máquinas terminam dentro da mesma janela de tempo, uma delas espera, e a produção efetiva da célula é determinada pela frequência com que isso acontece, em vez da média.
O EVST modela explicitamente a contenção antes que um layout com múltiplas máquinas seja definido. A maneira correta de avaliar isso é modelar o pior cenário, não a média, e incluir o deslocamento entre as máquinas, o tratamento de alarmes e as intervenções do operador que de fato ocorrerão. Se as máquinas tiverem tempos de ciclo semelhantes e iniciarem juntas, a contenção será frequente; se seus ciclos forem diferentes, será mais rara. Nenhum dos casos é motivo para evitar o controle de múltiplas máquinas, mas ambos devem ser considerados antes da definição do layout.
O layout decorre dessa decisão. Uma disposição linear sobre trilhos, um robô central atendendo às máquinas ao seu redor e uma disposição móvel, cada uma delas pondera o tempo de deslocamento em relação à área ocupada e à complexidade de segurança, e cada uma deve ser incluída na comparação, em vez de ser considerada como certa.
Protegendo uma máquina e um robô interligados.
Uma célula de atendimento consiste em duas máquinas que compartilham o mesmo espaço e sequência. A avaliação de riscos deve abranger essa combinação, incluindo o que acontece quando a porta da máquina se abre enquanto o robô está em movimento e em que estado cada máquina fica quando ocorre uma parada de segurança. De acordo com ISO 12100:2010Os princípios gerais de projeto abrangem a avaliação e a redução de riscos, e de acordo com ISO-10218 2: 2025Os requisitos de segurança aplicam-se à aplicação e à célula do robô industrial.
O resultado prático dessa avaliação geralmente é um conjunto de intertravamentos definido e um estado seguro definido para cada um dos dois controles, documentados e testados na aceitação, em vez de descobertos durante uma falha. A recuperação — como um operador remove uma peça presa na placa sem danificar a proteção — também deve constar no mesmo documento.
Essa também é a parte da especificação que sobrevive por mais tempo. As células são reprogramadas e reconfiguradas; o conceito de salvaguarda e o contrato de intertravamento geralmente permanecem.
Medindo o resultado honestamente
Uma vez que uma célula esteja em operação, a tentação é registrar o tempo de ciclo de alimentação da máquina como um único número. Um registro mais útil separa o tempo de manuseio, o tempo de processamento da máquina e o tempo de espera, e os registra ao longo de um período suficientemente longo para incluir as interrupções que realmente ocorrem. De acordo com ISO-22400 2: 2014São definidos indicadores-chave de desempenho para a gestão de operações de manufatura, o que proporciona um vocabulário comum para esses relatórios, em vez de um vocabulário criado localmente.
Quanto ao próprio robô, de acordo com ISO 9283:1998Os critérios de desempenho e os métodos de teste relacionados para robôs industriais de manipulação incluem as condições sob as quais os índices de precisão de posicionamento e repetibilidade são estabelecidos. É importante saber que esses índices são medidos sob condições definidas de carga e velocidade, pois um número de ficha técnica citado fora dessas condições não é uma garantia sobre a sua peça.
Este guia não apresenta nenhum tempo de ciclo, produção ou valor de utilização para qualquer célula. As imagens mostram uma operação de coleta, carregamento em um mandril, retirada e descarregamento; elas não demonstram uma taxa de produção, e nenhuma taxa é mencionada aqui. Se você estiver comparando soluções de sistemas de soldagem automática e cuidando das células por toda a planta, essa distinção é o que mantém a comparação significativa.
O que enviar para um estudo de acompanhamento
Um estudo útil começa pela máquina, não pelo robô. Envie o desenho da peça com a massa e as superfícies de fixação, o tempo de processamento da máquina e sua sequência de portas e mandris, a forma como as peças chegam atualmente, o número de máquinas que você deseja abranger e os sinais de intertravamento que o controle da máquina pode fornecer. Com isso, o tempo de manuseio pode ser estimado e o tempo de espera pode ser calculado em vez de apenas conjecturado.
O resultado deve indicar qual segmento é crítico e o que precisaria ser alterado para movimentá-lo. Se a resposta for que a máquina domina, a recomendação mais honesta pode ser um robô mais simples e um posicionamento melhor, em vez de um braço mais rápido.
Perguntas frequentes
Um robô mais rápido reduzirá o tempo do nosso ciclo de alimentação da máquina?
Somente se o segmento de manuseio estiver no caminho crítico. Quando o tempo de processamento da máquina é o fator dominante, um braço mais rápido chega à sua posição de espera mais cedo e o ciclo permanece inalterado. Meça os segmentos antes de investir em velocidade.
Um único robô pode atender várias máquinas?
Muitas vezes sim, e essa é a maneira usual de aproveitar um longo tempo de processamento. O que importa é avaliar a contenção: com que frequência duas máquinas terminam no mesmo intervalo de tempo e qual o custo no pior caso. Modele o pior caso, não a média.
O que mais frequentemente impede o funcionamento de uma célula de cuidado negligenciada?
A apresentação da peça e o gerenciamento do chip ou do fluido refrigerante, seguidos por falhas na confirmação da transferência, não são problemas relacionados à velocidade do robô, e todos são mais baratos de resolver na fase de projeto do que após a instalação.
Como o tempo de ciclo deve ser relatado no momento da aceitação?
Separadamente por segmento — manuseio, processamento, espera — durante um período suficientemente longo para incluir interrupções reais. A norma ISO 22400-2:2014 define indicadores-chave de desempenho para a gestão de operações de manufatura e fornece uma terminologia comum para esse relatório.
Informações do projeto para análise de candidatura
Envie as seguintes informações e o ciclo de alimentação poderá ser analisado em relação à sua máquina, em vez de um valor genérico:
- desenho da peça com massa, superfícies de fixação e requisitos de orientação
- o ciclo da máquina: tempo de processamento, tempos de sequência da porta e do mandril, e qualquer medição durante o ciclo.
- o método de armazenamento atual — bandeja, caixa, esteira ou palete — e como as peças chegam.
- O número de máquinas que você deseja que um robô atenda, com seu layout.
- os sinais de intertravamento que o seu controlador de máquina já pode fornecer
Envie o desenho da peça com a massa e as superfícies de fixação, o tempo de processamento da máquina com a sequência de portas e mandris, como as peças chegam hoje, o número de máquinas que um robô deve atender e os sinais de intertravamento que seu controlador de máquina pode fornecer. Esse conjunto de informações é suficiente para dividir o ciclo em segmentos e determinar qual deles realmente limita a produção. Leitura relacionada: opções de robôs colaborativos.