Automação na produção de lareiras 4.0: Gêmeo digital para o robô de solda

Soldar lareiras brutas de forma automatizada e ao mesmo tempo cobrir um amplo portfólio de produtos – esse é o objetivo da empresa HASE Kaminofenbau GmbH, de Trier. O inovador fabricante de lareiras do sudoeste da Alemanha lança um ou dois novos modelos no mercado a cada ano. Graças à interação ideal entre gêmeo digital e robôs de solda da KUKA, a HASE agora pode atender facilmente a crescente demanda.

Automação proporciona conforto: Lareiras modernas são a tendência

Calor aconchegante, lenha estalando, fogo esplendoroso: a lareira representa aconchego para cada vez mais pessoas e não pode faltar em uma sala de estar. É por isso que a demanda também cresce continuamente para o fabricante de lareiras HASE de Trier. Atualmente a empresa familiar, fundada em 1979, produz até 15.000 lareiras por ano – e isso com maior rapidez e eficiência do que antes graças à automação. A particularidade é: a HASE fabrica 100 por cento de todas as lareiras em sua unidade na Renânia-Palatinado, onde trabalham cerca de 200 colaboradores. Além do "Made in Germany", o especialista em lareiras se concentra em soluções técnicas inovadoras – seja através de novos modelos de lareiras a cada ano, de software inteligente iQ para um fogo limpo ou da automação da produção por meio de robôs e, consequentemente, com processos mais eficientes. A interface desempenha um papel decisivo entre máquinas físicas e aplicações digitais.

Uma vez que temos cada vez menos especialistas em solda, somente conseguimos nos beneficiar do mercado em expansão através da automação da nossa produção.

Florian Fischer, diretor de desenvolvimento de produção na HASE

Atendendo à alta demanda por meio da produção automatizada

A crescente demanda por lareiras modernas e limpas apresentou vários desafios à empresa de manufatura regional. "Uma lareira tem dezenas de cordões de solda - soldar todos eles à mão leva muito tempo", diz Florian Fischer, chefe de desenvolvimento de produção na HASE. "Como também estávamos cada vez mais carentes de especialistas em solda e nossas instalações de produção estavam envelhecendo, nós somente conseguimos nos beneficiar do mercado em expansão através da automação da nossa produção." Ao fazer com que os robôs assumissem o desafiante trabalho de solda na lareira bruta, devido à evolução da temperatura, os colegas podem se concentrar em seu ofício. Isso inclui, por exemplo, a solda de portas de fornalha, onde a área de trabalho é muito estreita para um robô de solda.

Gêmeo digital como elemento central do sistema de solda

Portanto, o objetivo da fábrica era claro: através do uso de robôs de solda aumentar a produtividade, garantir a qualidade e, ao mesmo tempo, aliviar o trabalho dos colaboradores. Mas a HASE não seria a HASE se o inovador fabricante de lareiras não pensasse de forma orientada para o futuro. "Queríamos construir um sistema de robô ultramoderno e flexível, que também pudesse processar modelos futuros que ainda nem existem, sem que nossos projetistas tivessem que se restringir ou paralisar a produção", conta Fischer. "Por isso, o gêmeo digital também desempenha um papel crucial."

Na empresa HASE Kaminofenbau, em Trier, o ofício tradicional encontra a automação inovadora.

Como a HASE vem confiando no desempenho dos robôs da KUKA há 20 anos, o fornecedor líder de tecnologia de robôs inteligentes também foi escolhido para o projeto mais recente. O que foi particularmente atraente na cooperação não foi apenas a possibilidade de usar o hardware da KUKA na forma de dois KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW, a unidade linear KUKA KL250-3 bem com o posicionador. Somente a interação com o software KUKA.Sim e o Digital Twin que virou o jogo para a HASE. O software de simulação desperta aplicações de robô virtualmente à vida – ainda antes do sistema ser colocado em operação. As sequências de movimentos do robô programadas offline são ilustradas em tempo real e analisadas e otimizadas no que se refere aos seus tempos de ciclo. Além disso, o AddOn KUKA.Sim ArcWelding simula as aplicações de solda automáticas. Assim é possível definir, por exemplo, posições de acesso ou o alinhamento ideal dos robôs para o processo de solda.

Programar modelos de lareiras mais rapidamente offline

"Simulamos antecipadamente todas as sequências de solda e sequências de movimentos dos nossos dois robôs na unidade linear com a ajuda do KUKA.Sim, completamente desconectado do sistema real", diz o programador da HASE, Martin Altmeier. "Com a ajuda do gêmeo digital podemos programar um programa de lareira em duas horas offline. Online teríamos que tirar uma instalação de operação por duas semanas. Isso mostra: sem a programação offline por meio do software de simulação, a nossa produção e o desenvolvimento de novos modelos não seriam possíveis de forma tão rápida e simples."

No trilho linear os dois robôs de solda KR CYBERTECH nano ARC soldam os cordões dos componentes.

O KUKA.Sim também pode ser usado para comparar as ideias dos projetistas para novos modelos de lareiras com a realidade em um estágio bastante inicial na fase de protótipo. Com a ajuda do gêmeo digital, a Hase pode simular um a um as sequências de solda e os projetistas recebem uma imagem idêntica do posterior processo de produção. Isso permite que a HASE use o gêmeo digital para testar sequências de solda para novas lareiras e, por fim, criar o programa de solda correspondente para a respectiva célula de robô com base nisso.

Automação encontra a flexibilidade

Quando o programa para um modelo de lareira estiver pronto, os robôs podem começar a trabalhar imediatamente. O operador da máquina coloca a lareira no sistema através de um dispositivo de elevação, inicia o programa e o posicionador eleva a lareira bruta pré-pronteada, que pesa entre 20 e 100 kg, dependendo do modelo, na posição desejada. No trilho linear os dois robôs de solda KR CYBERTECH nano ARC – conectados com duas fontes de energia TPS 500i Fronius – soldam então automaticamente os cordões dos componentes na sequência especificada. "Antes, descobrimos exatamente na simulação, quando qual robô assume da melhor forma qual cordão de solda", explica o programador Altmeier, "para que não tivéssemos nenhuma deformação, que os cordões estivessem estanques e que atingíssemos o tempo de ciclo ideal."

Graças ao gêmeo digital, os projetistas recebem uma imagem idêntica do processo de produção já na fase de protótipo.

O risco de falha é reduzido a um mínimo

Outra vantagem: graças aos vários níveis de usuário com perfis de função claros, como o do operador, a HASE reduziu o risco de falha devido a erros operacionais para quase zero. Além disso, todos os programas atuais estão armazenados no software da KUKA – portanto, mesmo que ocorra um erro, todos os dados podem ser restaurados imediatamente. "Queríamos conectar o mundo virtual de forma ideal com o mundo real", descreve Bernd von der Bank, do parceiro de sistema da KUKA de longa data, Paul von der Bank GmbH, sua intenção para o projeto. "Não importa se eu altero algo no sistema ou na simulação, uma vez que em ambos os sistemas ocorre a mesma coisa. O fato de os mundos online e real se harmonizarem tão bem entre si é único no mercado."

Os profissionais de lareiras da HASE, os especialistas em automação da KUKA e a Paul von der Bank GmbH, como parceiro de sistema, trabalharam lado a lado.

Aplicações da KUKA oferecem controle virtual e real consistente

Até que KUKA.Sim e os robôs de solda pudessem trabalhar juntos de forma otimizada, a HASE, o integrador Paul von der Bank GmbH e o KUKA Customer Service desenvolveram juntos o software e programaram uma solução personalizada. Em especial a expertise da HASE foi determinante para o resultado final bem-sucedido. "O desafio na solda elétrica é que o mundo virtual não tem tolerâncias", segundo von der Bank. "A tecnologia de união real, por sua vez, tem – e não são poucas."

A solução de automação personalizada para a HASE possibilita a produção de uma ampla gama de modelos de lareiras.

A arquitetura modular do produto do software torna possíveis os desejos do cliente

Para garantir que a simulação de cordões de solda e os parâmetros de solda correspondessem de forma ideal à unidade de comando do robô e que o "esforço de reprogramação" fosse o mais baixo possível, todos os envolvidos modificaram conjuntamente o KUKA.Sim de acordo com as necessidades da HASE – a arquitetura de produto modular do software torna isso possível! Uma vantagem importante aqui: os dados são 100 por cento consistentes, de modo que a unidade de comando virtual e a real trabalham com exatamente os mesmos dados. Dessa forma, o KUKA.Sim cria a base para uma colocação em funcionamento virtual.

Graças à arquitetura de produto modular, o software é harmonizado com precisão aos requisitos da HASE.

Aumento da produtividade graças ao sistema de robô high-end

Graças à excelente interação entre gêmeo digital e robôs, a HASE conseguiu reduzir o tempo de solda por lareira de 45 para 15 minutos. Devido às boas experiências com a instalação, a HASE construiu uma segunda instalação, que é completamente idêntica à primeira. Através disso o dispêndio de trabalho para a programação e controle é baixo. As duas novas instalações substituem as cinco mais antigas – um imenso ganho de espaço para a produção!

Preciso e eficiente: Graças à excelente interação entre gêmeo digital e robôs, o tempo de solda por lareira foi reduzido de 45 para 15 minutos.

Offline, podemos programar uma lareira em duas horas com a ajuda do gêmeo digital – online, teríamos que tirar uma instalação de operação por duas semanas.

Martin Altmeier, programador na HASE Kaminofenbau GmbH

O fabricante de lareiras agora poderia produzir até 25.000 lareiras por ano, em comparação com anteriormente um máximo de 15.000. "Para nós, os dois sistemas de robô high-end são a maior inovação em solda que já tivemos", resume Fischer. "O mais difícil na automação é encontrar um caminho para cobrir um amplo portfólio de produtos ao mesmo tempo. Resolvemos esse desafio com sucesso junto com a KUKA e Paul von der Bank GmbH." No trabalho conjunto está também o segredo do sucesso do projeto: a KUKA ofereceu à HASE um pacote completo e desenvolveu junto com o cliente e o parceiro de sistema uma solução personalizada no local.

A automação como oportunidade

Tendo em vista à crescente escassez de mão de obra qualificada, os funcionários da HASE também não veem a solução de automação como uma ameaça a seus empregos, mas sim como garantia de seu sustento do seu empregador. A HASE quer seguir consistentemente seu equilíbrio de ofício prático e automação inovadora e já está trabalhando em conjunto com a KUKA em conceitos para bordeamento e pintura automatizados, bem como para a solda de módulos. Para muitas outras lareiras modernas e limpas – e ainda mais aconchego com estalidos nas salas de estar.