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Servos menores podem ser o segredo para a máquina de personalização em massa adaptável

 

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Tendências da indústria e do mercado

Com alguns cliques e um pressionar de botão, os consumidores agora podem pedir óculos personalizados, blazers de alfaiataria de uma máquina de tricô 3D e calçados criados conforme um modelo baseado em um aplicativo de câmera. Isso é personalização em massa, e não está apenas mudando a forma como os consumidores compram, mas também como as mercadorias são fabricadas. Porém, para fabricantes que estão buscando oferecer funcionalidades de personalização, a verdadeira personalização em massa para o tamanho de um lote exigirá mais do que adquirir os mais modernos equipamentos ou impressoras 3D. É importante entender toda a cadeia de suprimentos envolvida, da idealização e design do produto até a fabricação e a logística.

Nova tecnologia impulsionando um antigo conceito

Auto mass customization A personalização em massa não é um conceito novo. A Toyota explorou a ideia no final dos anos de 1980 e a Nike entrou no mercado com ela no final dos anos de 1990. Porém, novas tecnologias estão mudando e acelerando os comportamentos dos consumidores no sentido de proporcionar experiências mais interativas, personalizadas e sob encomenda. O que costumava ser personalização com algumas opções em uma planilha de vendas se transformou em uma experiência mais envolvente e personalizada, seja no setor farmacêutico, automotivo, de alimentos e bebidas ou de vestuário.

O propulsor disso foi a evolução das tecnologias de fabricação e de bens de consumo. Os consumidores estão usando tecnologias móveis para individualizar experiências de compra e mudar cadeias de suprimentos tradicionais (além da questão referente à sustentabilidade). Os OEMs (fabricantes de equipamento original), por sua vez, estão criando máquinas mais avançadas capazes de realizar movimentos mais precisos e complexos que personalizam produtos e remessas individuais conforme as necessidades dos consumidores. Porém, neste momento, os consumidores estão na frente puxando os OEMs e os fabricantes para a personalização em massa. Foi uma vantagem para os consumidores, prejudicando a OEE (efetividade do equipamento) para os fabricantes, e, se eles planejarem com antecedência, poderá ser uma sorte inesperada para os OEMs.

Os OEMs estão brincando de pegar com os consumidores

A pressão agora está sobre os OEMs para que reajam. Porém, não é tão fácil quanto girar um switch. Historicamente, os fabricantes preparavam-se para otimizar ciclos de produção de longo prazo, gerando uma produção em grande escala. Trocas exigiam desativar a linha, limpá-la e mudar tudo. Isso é demorado, caro e torna mais lenta a chegada ao mercado. No mundo de impressão, empacotamento, preenchimento e paletização, agora é mais frequente as empresas serem encarregadas de alcançar personalização em massa individualmente para atender às necessidades de outras empresas na cadeia de suprimentos. Poder fazer mudanças rapidamente sem precisar desativar uma linha melhoraria drasticamente a OEE e permitiria reações mais rápidas ao mercado.

Por exemplo, um fabricante está no meio da produção de 20 mil garrafas com sua embalagem padrão. Porém, um varejista quer aproveitar um evento atual e pede 5 mil garrafas com embalagem personalizada entregue em locais selecionados. Da impressão ao envio, todos os fabricantes na cadeia de suprimentos precisariam produzir sob demanda. Idealmente, os fabricantes poderiam pausar as operações atuais, se conectar diretamente a um sistema de gerenciamento do cliente e fazer as alterações na mesma hora. Ao não precisar parar a produção, os fabricantes veem um impulso direto na OEE (efetividade geral do equipamento) enquanto também atendem todos os pedidos.

OEM: a próxima geração

Implementar uma personalização em massa no tamanho de um lote de uma linha de produto pode aumentar a flexibilidade e a capacidade de resposta ao consumidor no processo de fabricação, mas também coloca uma enorme tensão sobre o ciclo de produção em termos de disponibilidade, desempenho e qualidade. Essa medição de disponibilidade, desempenho e qualidade é a base da OEE:

  • as máquinas precisam diminuir o tempo perdido que ocorrem no horário de produção planejado quando um novo lote de produção é necessário.
  • Os OEMs precisam conhecer a velocidade real da máquina e da taxa de produção e garantir o desempenho adequado.
  • Com a mudança entre lotes, é fundamental que o número de mercadorias produzidas alcance a cota necessária e que essas mercadorias produzidas estejam alinhadas com a qualidade pretendida.

Uma nova geração de máquinas, composta por mecanismos adaptáveis, precisa se adequar aos produtos, em vez do processo rigidamente sequencial de os produtos se adequarem às máquinas. As máquinas precisam estar de acordo com modelos de negócio digitais críticos, como a fabricação sob encomenda, o comércio eletrônico e a venda direta ao consumidor, ao mesmo tempo sendo econômicas na produção de um tamanho de lote unitário. A máquina adaptável é baseada em movimento sincronizado controlado de modo independente de cada produto ou kit em uma linha de produção. Isso exige mudar da noção tradicional de máquinas e começar a pensar nelas como aplicações mecatrônicas que combinam mecânica, elétrica, eletrônica e software em módulos prontos para uso.

Começa com (Big) Data

Os consumidores estão impulsionando o movimento em direção à personalização em massa, e esse movimento é baseado na grande quantidade de dados que estão sendo produzidos. A ideia fundamental por trás da Quarta Revolução Industrial e da máquina adaptável é padronizar dados e a maneira como eles são transmitidos por um sistema (inclusive pela cadeia de suprimentos). Isso inclui não apenas dados vindos de fora da produção (ou seja, consumidores), como também os dados criados durante a produção. Analisar dados na borda permite que os fabricantes avaliem e ajustem o desempenho da máquina como um processo interno ou de outra máquina em tempo real. A análise de borda pode processar dados sem precisar enviá-los para a nuvem, permitindo que eles se integrem em um sistema de planejamento de recursos para melhor planejamento e flexibilidade.

Criação da máquina adaptável

O usuário final é o condutor quando os OEMs planejam as máquinas e que valor agregado vão oferecer. Para personalizar um tamanho de lote unitário, a máquina precisa personalizar um produto por meio de preenchimento, impressão, empacotamento ou paletização. Embora as configurações atuais possam dificultar a personalização rápida, os OEMs podem projetar as máquinas com motion avançado para acompanhar o número crescente de SKUs (unidades de manutenção de estoque) exigidas como um subproduto da personalização em massa. Eles podem aumentar a flexibilidade da produção enquanto ainda atingem as metas de OEE.

Servos ficam menores

No que se referem a motores, a tendência é de servos menores. Há quinze anos, a empacotadora de caixa de servo média tinha quatro eixos servo. Hoje, uma empacotadora de caixa pode ter de 16 a 20 eixos, possibilitando funções como o ajustador de abas, a formação de quadrado, a compressão e as mudanças de formato acionadas por servo. Servodrives menores estão incluindo novas funcionalidades, automatizando ainda mais o processo e permitindo aos OEMs diferenciar os produtos.

Com tantas permutações de feedback, recursos, requisitos de potência e esquemas de controle, não há uma solução de servodrive padronizada. Os OEMs podem analisar a combinação de dispositivos de feedback, protocolos de comunicação e funcionalidades do motor. Por exemplo, um motor sem carcaça pode integrar motion diretamente no ponto de articulação, eliminando o excesso de volume e peso junto com componentes desnecessários, como redutores, correias e polias. Porém, para realmente garantir produção de alta qualidade, é necessária sincronização em tempo real entre eixos servo, CNC (controle numérico computadorizado) e sistemas robóticos.

Controle de avanço

Além dos aspectos mecânicos do sistema de motion diferenciado, a capacidade de obter personalização em massa está na conectividade. Um sistema conectado garante que todos os dispositivos possam ser interconectados. Por exemplo, conforme o controlador do sistema coleta dados, ele pode usá-los para controlar o sistema e compartilhar os dados conforme necessário com dispositivos upstream.

As máquinas tradicionalmente usavam PLCs (controladores lógicos programáveis) para processar informações distintas e gerar sinais seguidos por programas sequenciais. Um controlador de motion separado conectado ao PLC por fieldbus controlada os servodrives. Essa configuração funcionava para longas operações de lote. Porém, a fabricação digital ágil exige um controlador de máquina que possa executar tarefas muito mais complexas em paralelo. Isso levou ao desenvolvimento de PACs (controladores de automação programáveis), o que permite aos OEMs preparar equipamento de produção para a Quarta Revolução Industrial. Uma única plataforma de hardware de circuito fechado que incorpora controle lógico e de processo, controle de motion, visualização, linguagens de programação de alto nível e ferramentas de desenvolvimento de software pode eliminar problemas de interface e facilitar princípios de design modular, incluindo personalização em massa de tamanho de lote unitário. Ao selecionar uma plataforma de controle da próxima geração, reduza o risco buscando conformidade com padrões do setor como IEC61131-3 e PLCopen e controles que possam se comunicar com, e agir como, um gateway para Ethernet TCP/IP (HTTP API), Profinet, EtherNet/IP e EtherCAT.

Para fabricantes, essa conectividade aberta entre os sistemas permite que o software de ERP (planejamento de recurso empresarial) se comunique diretamente com o sistema de motion e ajuste a produção sob demanda em um nível de máquina individual ou do sistema de produção como um todo. Há menos chance de erro, pois os dados são transmitidos de modo automático pelo sistema, em vez de serem anotados ou digitados. Não há chance de escrever um número incorretamente ou digitar errado em um teclado. É um processo estável conectado que gera maior qualidade, menos erros, maior taxa de transferência e, portanto, melhor OEE.

Não abra mão da qualidade em prol da velocidade

O desafio da fabricação personalizada é manter a qualidade em todo o ciclo do produto. Ser rápido e flexível é ótimo, mas não se isso for à custa da qualidade. A alta variabilidade de produto exige sistemas avançados de inspeção e rastreamento que sejam flexíveis e integrados. Por exemplo, sistemas avançados de visão, serialização e rastreamento podem ser usados para processos de impressão, preenchimento, empacotamento e paletização conforme eles se tornam mais complexos. Usando Big Data, servomotores avançados e protocolos de comunicação abertos podem criar consistência em toda a produção com alta repetibilidade e o sistema comunicando em caso de erro em algum ponto da linha.

Passando de tamanho de lote grande para tamanho de lote unitário

Isso pode parecer desafiador, mas os fabricantes podem permanecer competitivos sem precisarem realizar uma reforma de alto custo na fábrica. Eles podem trabalhar com parceiros OEM para começar a mudar as operações para personalização em massa e, por fim, tamanho de lote unitário.

  • Identificar as áreas de produção que se beneficiariam de passar para um sistema mais automatizado
  • Planejar estrategicamente com relação a equipamento no fim da vida útil e fazer upgrade e adicionar conforme necessário
  • Trabalhe com um fornecedor de motion, como a Kollmorgen, para identificar como personalizar de modo ideal com rapidez e eficiência para ajudar a projetar sistemas de motion diferenciados.

Os OEMs enfrentam solicitações crescentes de personalização (e, por extensão, consumidores), mas estão descobrindo que produtos de motion COTS (padrão comerciais) são insuficientes. É aqui que a parceria com um líder de engenharia pode ajudar. Os OEMs podem aproveitar os especialistas em coengenharia da Kollmorgen para ajudar a obter automação e motion potentes e simples. Com o respaldo de ferramentas avançadas, treinamento e suporte, a Kollmorgen está equipada de modo exclusivo para te ajudar a lidar com a tensão que a personalização em massa e o tamanho de lote unitário impõe sobre toda a cadeia de suprimentos.

Sobre o Autor

Especialistas Kollmorgen

Kollmorgen Experts

Esse blog foi um esforço colaborativo do time de motion e dos experts em automação na Kollmorgen, incluindo especialistas da engenharia, atendimento ao cliente e de desenvolvimento de projetos. Sempre que você começar um projeto, estamos aqui para ajudá-lo.

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