Uma linguagem comum para robôs e máquinas-ferramentas

Máquinas-ferramentas CNC e robôs costumavam habitar diferentes mundos e de linguagem diferentes. Seus sistemas de controle não podiam se comunicar. Agora, o Run MyRobot da Siemens preenche a lacuna integrando robôs aos controles CNC da Sinumerik para máquinas-ferramentas.

por Bernd Müller

As fábricas modernas seriam inimagináveis sem as máquinas-ferramentas de Controle Numérico Computadorizado (CNC). Graças ao CNC, as máquinas podem perfurar, fresar e retificar peças de trabalho de formas complexas com alta precisão. Além do mais, as máquinas CNC estão cada vez mais sendo apoiadas por robôs que colocam e removem as peças de trabalho nas máquinas. Esta combinação visa acelerar as coisas. E ela realmente o consegue - de acordo com a Federação Internacional de Robótica, o número de robôs de manuseio atendendo a máquinas-ferramentas está crescendo a uma taxa de 15% ao ano.

Maior precisão para robôs

Só resta um problema. Máquinas-ferramentas e robôs são entidades separadas, possuem linguagem diferentes e são programados separadamente. As máquinas usam um sistema de controle CNC, como o Sinumerik da Siemens, enquanto os robôs usam um controlador de seu fabricante. Uma integração realmente perfeita dos processos não é possível nessas circunstâncias, e a programação de robôs requer uma quantidade significativa de know-how. Idealmente, os operadores de máquinas-ferramenta, que são qualificados em programar o Sinumerik em máquinas-ferramentas, também deveriam programar os respectivos robôs associados.

Robôs e máquinas-ferramentas: diferentes aspectos da integração

Essa é exatamente a meta que Rainer Adolf e sua equipe da divisão Digital Factory da Siemens em Erlangen, Alemanha, estabeleceram para si próprios. A divisão lançou o Run MyRobot no mercado - uma extensão do Sinumerik que permite que os robôs sejam integrados perfeitamente aos controles das máquinas CNC. A extensão torna a programação de um robô significativamente mais fácil, para que um engenheiro não precise adquirir know-how adicional. Como resultado, os movimentos de um robô podem ser melhor adaptados ao ambiente de trabalho e se tornam muito mais precisos.

 

Os controladores dos fabricantes de robôs são otimizados para os movimentos mais rápidos possíveis ao longo de caminhos imutáveis, por exemplo, durante a soldagem, na indústria automotiva. Se, no entanto, os robôs forem obrigados a realizar movimentos escolhidos livremente e frequentemente alterados, seus controladores não são precisos o suficiente. “Isso se deve à matemática dos algoritmos de controle, que são simplificados e otimizados para velocidade”, diz Adolf. “O Sinumerik, por outro lado, utiliza uma matemática mais complexa.” Por exemplo, algoritmos sofisticados em máquinas-ferramentas otimizam automaticamente parâmetros como taxa de usinagem ou amortecimento, levando em consideração o atrito e os contornos de uma peça - e fazem isso com antecedência, antes que a ferramenta seja movida. Esses algoritmos também aumentam a precisão ao manobrar um robô. Além disso, o Sinumerik, que é amplamente usado como uma solução abrangente em cenários da Indústria 4.0, oferece simplicidade de operação e ferramentas poderosas de preparação de trabalho, apesar de sua complexa gama de funções.

O Run MyRobot torna a programação de um robô significativamente mais fácil, de modo que um engenheiro não precise adquirir know-how adicional.

Precisão em Engenharia Aeroespacial - até os décimos de milímetro

O especialista da Siemens tomou conhecimento do problema de precisão durante um projeto para a indústria aeronáutica. A Airbus e a Boeing constroem os cascos de seus jatos com fibra de carbono para economizar peso. Para fazer isso, uma máquina do tamanho de um guindaste se move ao longo da fuselagem e coloca a fita adesiva de tecido. A máquina é uma construção especial, cujo custo gira em torno de dezenas de milhões. Um robô padrão montado em trilhos custaria apenas uma fração e também seria mais flexível. Mas as primeiras tentativas dos fabricantes do sistema falharam porque o robô às vezes ficava alguns centímetros fora do caminho. O Instituto Fraunhofer para Tecnologia de Manufatura e Pesquisa de Materiais Aplicados (IFAM) em Stade já fez mais progressos: um robô universal está trabalhando lá quando os cascos são cobertos com tecidos de fibra de carbono com uma precisão de um décimo de milímetro - graças ao Sinumerik Run MyRobot e uma calibração sofisticada do robô.

 

De Ajudante a Parceiro

Até agora, os robôs que trabalham em colaboração com máquinas-ferramenta CNC têm se limitado a tarefas simples de manuseio, como colocar e remover peças de trabalho. Run MyRobot abre possibilidades completamente novas na produção, mais especificamente o processamento híbrido. Por exemplo, digamos que uma máquina-ferramenta tenha fresado uma peça de metal que, no entanto, precisa ser rebarbada e polida. Um robô próximo pode segurar a peça de trabalho e executar o pós-processamento, usando sua própria ferramenta de retificação embutida. Nesse ínterim, a máquina-ferramenta já estaria fresando o próximo componente. Também aqui, a vantagem decisiva é o alto nível de precisão do Sinumerik. Um controlador de um fabricante de robôs nunca poderia fazer furos ou executar trabalhos de retificação detalhada com uma precisão de frações de milímetro, mas o Sinumerik pode. Os robôs podem até imprimir - usando uma cabeça de impressão 3D acoplada ao porta-ferramentas do robô. Essa cabeça pode imprimir componentes de plástico reforçado com fibra.

 

Uma demonstração está em operação neste momento na Siemens em Erlangen. Certamente haverá ganhos de produtividade de dez por cento, diz Rainer Adolf. Em um setor que celebra os ganhos de produtividade de alguns pontos percentuais como um sucesso, isso é um verdadeiro alerta. “Nossos clientes estão fazendo fila em nossa porta com novos pedidos.” ele adiciona.

A integração dos robôs ao Sinumerik os torna parte de um todo maior - a fábrica digital e a empresa digital.

Para robôs de todos os tipos

O Run MyRobot requer acesso direto aos componentes elétricos e mecânicos de um robô para as aplicações de manufatura híbrida mencionadas acima. A Comau, por exemplo, fabricante italiana de soluções de automação industrial, oferece acesso completo à mecânica de seus robôs e, portanto, condições perfeitas para o Sinumerik, que controla os robôs da empresa diretamente por meio de seus algoritmos de CNC. A recompensa é uma operação simples e de alta precisão.

 

Outros fabricantes de robôs oferecem apenas sistemas com eletrônica de controle integrada, mas aqui também a Sinumerik abre sua interface para novos conceitos. Na variante mais simples, o Run MyRobot Handling, Sinumerik usa comandos de bibliotecas padronizadas, por exemplo, do especialista em robótica Kuka. No Run MyRobot Machining, o Sinumerik se conecta ao controlador de um robô por meio de uma interface digital especial. Isso libera o usuário de decidir qual robô comprar e com quais máquinas-ferramentas operá-lo. “Nem tudo de uma única fonte, mas tudo do mesmo molde”, é o lema da Siemens.

Grandes economias graças ao Gêmeo Digital

A integração dos robôs ao Sinumerik os torna parte de um todo maior - a fábrica digital e a empresa digital. Toda a cadeia de criação de valor, incluindo instalações de produção, no futuro será representada, simulada e otimizada em digital twins antes que a primeira máquina realmente entre em serviço. Para tanto, a Sinumerik estabeleceu, por exemplo, interfaces para programas CAD há anos e oferece um kernel de CNC virtual completo. Um pós-processador CAM deriva os processos apropriados dos dados do projeto de engenharia e as adaptações são executadas primeiro no modelo. Isso acelera drasticamente a engenharia e a colaboração - especialmente entre continentes - e simula parâmetros realistas, como tempo de computação e recursos específicos de algoritmos associados no processo.

 

Tudo isso permite economias substanciais, uma vez que a configuração e o comissionamento de um robô representam metade dos custos totais. “A simulação de robôs e sistemas de manuseio com a ajuda de digital twins permite que novos processos de manufatura nas fábricas sejam planejados e introduzidos com muito mais rapidez. Além do mais, as soluções digitais reduzem a complexidade dos procedimentos. São necessários menos sistemas de controle, pois a Sinumerik pode assumir o controle dos robôs”, afirma Klaus Helmrich, membro do Conselho Administrativo da Siemens responsável pelo tema da Fábrica Digital. “Desta forma, a digitalização abre novas possibilidades de flexibilidade, maior eficiência e qualidade na produção”.

 

20/06/2018

por Bernd Müller

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