A decisão de automatizar um processo é importante para muitos fabricantes, pequenos e grandes. Mas essa escolha é muito mais do que apenas recursos técnicos e custo de capital inicial. Em vez disso, é um compromisso estratégico que molda a forma como você fabrica seus produtos, a flexibilidade da sua linha de produção e a forma como você competirá no mercado.
Ao escolher um caminho de automação, você está, até certo ponto, adquirindo um conjunto completo de recursos, restrições e opções futuras. A decisão certa pode melhorar a qualidade, aumentar o rendimento e posicionar sua empresa para o crescimento.
A escolha errada pode prendê-lo a um sistema que é difícil ou caro de atualizar quando suas necessidades mudam. Como alternativa, você pode descobrir que gastou demais com recursos que nunca usará.
Quando se trata de sistemas a laser, os produtos disponíveis comercialmente geralmente se enquadram em duas grandes categorias: sistemas pré-configurados e sistemas personalizados. Embora esses sejam, na verdade, apenas dois extremos do espectro, essa distinção é útil para delinear os principais critérios de tomada de decisão.
Este artigo tem o objetivo de ajudá-lo a tomar a decisão certa para sua empresa.
O que é um sistema a laser pré-configurado?
Um sistema a laser pré-configurado geralmente tem o objetivo de oferecer um preço de entrada mais baixo e foi projetado para executar uma gama definida e limitada de tarefas. Esses sistemas são voltados para os fabricantes que desejam automatizar processos comuns de laser, como soldagem, limpeza ou corte, sem gastar o tempo e o custo da engenharia personalizada.
Os sistemas pré-configurados são especialmente atraentes para fabricantes de pequeno e médio porte ou para operações maiores que buscam adicionar capacidade rapidamente para processos padrão e repetíveis. O apelo está em sua simplicidade. Eles são desenvolvidos para serem confiáveis, fáceis de instalar e rápidos de implementar.
Os sistemas pré-configurados geralmente são unidades autônomas alojadas em um gabinete seguro para laser Classe 1, completo com portas de acesso, travas ou cortinas de luz para garantir a segurança do operador. Geralmente, são projetados para funcionar como células ou estações de trabalho autônomas, em vez de componentes de uma linha de produção totalmente automatizada.
Dependendo da aplicação alvo e do tamanho da peça, um sistema pré-configurado pode utilizar o movimento gantry (cartesiano) ou um braço robótico. Os sistemas de pórtico normalmente são construídos em uma plataforma de trabalho feita de aço ou granito, proporcionando uma base estável para operações precisas. Os sistemas robóticos geralmente incorporam um robô industrial de 6 eixos.
Não é incomum que os fornecedores ofereçam seus sistemas pré-configurados com opções. Essas opções podem incluir várias fontes de laser, óptica de fornecimento de feixe e talvez até sistemas de visão ou de monitoramento de processos.
Várias interfaces de fixação e montagem de peças, como bandejas ou suportes rotativos, também estão disponíveis com frequência, especialmente para sistemas de marcação. Interfaces para carregamento ou descarregamento semiautomatizado, como carregamento por esteira ou mesas giratórias, às vezes estão disponíveis.
Uma das principais características dos sistemas a laser pré-configurados é a simplicidade e a facilidade de uso. A interface homem-máquina (HMI) geralmente oferece um ambiente de controle limpo e orientado por menus, com acesso limitado a programas predefinidos ou parâmetros de receita. Isso permite o uso pela equipe de chão de fábrica com o mínimo de treinamento especializado. Para o engenheiro de processos, a criação de novas tarefas é igualmente simplificada e acessível para aqueles com habilidades limitadas de programação.
O que é um sistema de laser personalizado?
Um sistema a laser personalizado é projetado desde o início para atender a um conjunto específico de requisitos de produção que estão fora dos recursos dos sistemas pré-configurados. Cada sistema personalizado é, por definição, essencialmente exclusivo.
Entretanto, os sistemas a laser personalizados tendem a consistir em vários blocos de construção comuns - e possivelmente até padronizados. Esses blocos podem incluir:
- Manuseio automatizado de materiais
- Fixação de peças e ferramentas
- Movimento e posicionamento da peça
- Fonte de laser e fornecimento de feixe
- Visão, sensoriamento e monitoramento de processos
- Controlador e software associado
- Módulo de comunicações (para fazer interface com o MES, PLC ou outros sistemas de controle de automação da fábrica)
- Segurança e proteção
Esses elementos podem ser combinados de praticamente qualquer maneira, e é possível atingir altos níveis de complexidade e sofisticação. Os sistemas de movimento podem incluir vários braços de robôs, pórticos, estágios lineares ou mesas giratórias. Às vezes, eles trabalham de forma independente para processar peças em paralelo. Às vezes, eles se coordenam para atingir o alcance, a precisão e a velocidade necessários.
Em termos de experiência do usuário (UX), os sistemas personalizados normalmente apresentam HMIs adaptadas que oferecem recursos mais profundos de controle e monitoramento. Os operadores e engenheiros de processo podem ter acesso a ferramentas de diagnóstico avançadas, parâmetros de processo personalizáveis e interfaces que suportam o gerenciamento de receitas ou a produção de alta mistura. Em geral, é necessário um bom grau de conhecimento em programação e automação para executar essas ferramentas.
Embora os sistemas a laser personalizados possam ser células de trabalho autônomas, eles geralmente são projetados para integração em sistemas de automação e linhas de produção em toda a instalação. Eles podem fornecer conectividade a redes PLC, plataformas MES e sistemas SCADA usando protocolos industriais padrão como EtherNet/IP, Profinet ou OPC UA.
Escolhendo entre um sistema a laser pré-configurado e personalizado
A escolha da abordagem correta para a automação do laser envolve a consideração e o equilíbrio de muitos fatores. Alguns são óbvios, como os custos operacionais e de capital e a área útil disponível. Outros são menos óbvios, como a qualidade do suporte do fornecedor e a capacidade de atualização.
Com tantas variáveis, a tomada de decisões pode ser desgastante. Para simplificar esse processo, é útil identificar e se concentrar nas questões centrais que têm maior probabilidade de determinar o sucesso ou o fracasso. Em termos apenas de funcionalidade do sistema, descobrimos que esses sete fatores são geralmente os mais críticos.
Ajuste do aplicativo
Essa é a base e o ponto de partida do processo de tomada de decisão. Primeiro, é necessário definir seu processo e, em seguida, determinar se um laser pode proporcionar os melhores resultados.
Para fazer essa avaliação, você deve entender o que o laser oferece - seja velocidade, precisão, redução da entrada de calor ou custos operacionais mais baixos - e decidir como o sucesso será medido. Se não houver uma definição clara do que é a tarefa e do que constitui o sucesso, haverá pouca chance de alcançá-lo.
É nesse ponto que os serviços de desenvolvimento de aplicativos de parceiros de automação a laser podem ser úteis. O ideal é que eles tenham o equipamento e a experiência para identificar, testar e otimizar seu processo a laser.
Tamanho da peça
Isso pode parecer uma consideração mundana, mas desempenha um papel fundamental. Os sistemas a laser são limitados por seu envelope de trabalho.
Os sistemas pré-configurados são projetados com base nas dimensões típicas das peças para setores específicos - componentes pequenos e precisos em dispositivos médicos ou conjuntos de tamanho médio para uso industrial geral, por exemplo. Quando as peças estão fora dessas normas, sejam elas maiores ou de formato incomum, isso geralmente leva à necessidade de um sistema personalizado ou altamente modificado.
Requisitos de produtividade
Os recursos de produtividade são uma área em que as soluções pré-configuradas e personalizadas são comumente diferenciadas. Como a produtividade é o principal objetivo da automação, esse costuma ser o fator decisivo.
Os sistemas pré-configurados geralmente são projetados como células ou estações de trabalho de estação única. Como resultado, eles normalmente são melhores para necessidades de produtividade baixa a média. O carregamento e o descarregamento de peças, especialmente se estiverem sendo realizados manualmente, costumam ser o fator limitante da taxa de um sistema pré-configurado.
Por exemplo, tecnologias como a soldagem em tempo real podem atingir velocidades de soldagem de mais de 1.000 soldas por minuto. Isso pode aumentar a produtividade em uma estação de trabalho autônoma como o EV-Cube, mas o transporte e a integração em uma linha de produção podem melhorar ainda mais a produtividade.
Por outro lado, a velocidade que um sistema a laser personalizado pode atingir geralmente é limitada apenas pelo investimento em custos, restrições de espaço ou gargalos não relacionados ao laser. Os sistemas personalizados podem incorporar várias fontes de laser ou ópticas, vários tipos de movimento do sistema ou processos não laser executados em paralelo para atingir um rendimento muito alto.
Dependendo de suas necessidades, ainda pode ser mais econômico instalar vários sistemas padrão em vez de investir em uma linha maior e personalizada.
Alguns sistemas pré-configurados suportam opções de carregamento automatizado de peças ou a capacidade de integração com esteiras transportadoras. Isso pode aumentar a produtividade ao minimizar o tempo ocioso do sistema enquanto as peças estão sendo carregadas ou descarregadas.
Ferramentas
Ao se aprofundar no carregamento de peças, também vale a pena examinar como a peça é fixada e apresentada ao laser. Os sistemas padrão normalmente têm uma gama limitada de opções de fixação de peças. Elas podem incluir grampos fixos, pinos de localização, mandris manuais ou pneumáticos (para peças redondas) e blocos em V. Isso pode limitar a capacidade do sistema de executar caminhos de solda complexos ou trabalhar com peças com formato 3D que exigem processamento de vários ângulos.
Se as peças exigirem posicionamento complexo, fixação dinâmica ou interação com sistemas externos, as ferramentas deverão ser projetadas de acordo. É claro que isso pode ser obtido com um sistema robótico personalizado. Mas também é onde os recursos de uma ferramenta pré-configurada podem ser ampliados, desde que o fabricante tenha os recursos e a disposição para fazê-lo.
Tolerâncias e qualidade
Embora o ferramental desempenhe um papel importante na determinação da precisão e da repetibilidade do processo, ele pode ser ampliado com vários sensores e, principalmente, com sistemas de visão. Eles podem ajudar o sistema a acomodar melhor as variações de peça para peça ou compensar as limitações na consistência posicional do ferramental.
Alguns sistemas pré-configurados podem incluir sistemas de visão e monitoramento de processos como opções padrão. Por exemplo, as configurações de soldagem da plataforma IPG LaserCell estão disponíveis com sistemas de medição de solda a laser em tempo real LDD para monitoramento de solda em linha.
Entretanto, é possível que a combinação da complexidade da peça e dos requisitos de tolerância crie requisitos que excedam a capacidade de acomodação de um sistema pré-configurado. Isso leva a solução a um projeto personalizado ou semicustomizado.
Potência do laser
Os sistemas de laser padrão são construídos para acomodar determinadas faixas de potência de laser. Isso geralmente é ditado pela óptica da ferramenta, pelos sistemas de segurança, pelas necessidades de resfriamento e, talvez, até mesmo pelos requisitos de potência.
No entanto, o aumento dos requisitos de velocidade do processo ou materiais mais espessos podem exigir um laser de maior potência.
Algumas dessas limitações não são fáceis de atualizar ou expandir. Portanto, se uma aplicação exigir absolutamente uma potência de laser maior do que a que um sistema padrão pode oferecer, isso pode forçar a decisão de criar uma solução de laser personalizada.
Interação com o operador
Além da funcionalidade do sistema, outra consideração importante é a facilidade com que ele pode ser programado e operado. Essa é outra área em que os sistemas pré-configurados e personalizados tendem a divergir significativamente.
Os sistemas pré-configurados são criados para uma interação previsível e direta, e geralmente suportam uma seleção limitada de operações. A programação de novas tarefas geralmente é simplificada e, às vezes, até reduzida à funcionalidade de arrastar e soltar, como em um sistema cobot de soldagem a laser.
Tudo isso reduz os requisitos de treinamento para operadores e engenheiros de processo. Isso também significa que os sistemas geralmente podem ser colocados em funcionamento na produção quase imediatamente após a instalação.
Os sistemas laser robóticos personalizados podem incluir uma interface de usuário simplificada para os operadores. Mas, por trás disso, geralmente há um ambiente de software muito mais sofisticado.
A vantagem dessa sofisticação é que eles têm recursos praticamente ilimitados. Isso geralmente inclui a capacidade de integração com outros sistemas de automação da fábrica.
No entanto, isso também significa que, em geral, eles são mais complexos e difíceis de programar, exigindo maior conhecimento especializado para o suporte. Não é incomum que leve mais tempo para colocar um novo sistema ou processo on-line, especialmente quando ele envolve uma interação extensa com sistemas externos.
Outras considerações
Conforme mencionado anteriormente, a compra de um sistema a laser não é realmente uma escolha binária. Com alguns fornecedores, é possível começar com um sistema pré-configurado e modificá-lo com opções até que ele se torne essencialmente um sistema personalizado. Em outros, os sistemas pré-configurados são rígidos e otimizados para uma gama restrita de tarefas.
Os sistemas robóticos a laser pré-configurados normalmente custam menos do que as ferramentas totalmente personalizadas e, em geral, podem ser entregues mais rapidamente pelo fabricante. Além disso, a instalação de um sistema pré-configurado provavelmente envolverá menos curva de aprendizado, uma vez que o fabricante já tem experiência substancial com seu uso em uma variedade de configurações de produção.
A modificação de um sistema padrão para expandir a funcionalidade do sistema também costuma ter um aumento incremental de custo menor do que a obtenção desse mesmo recurso por meio de um sistema totalmente personalizado. Mas isso não é universalmente verdadeiro. Os sistemas pré-configurados têm limitações que podem tornar a realização de modificações extensas mais cara do que começar do zero.
Há também questões logísticas e financeiras. A modificação de um sistema pré-configurado que já está em uso na produção deixa a ferramenta off-line. Esse tempo de inatividade tem um impacto. Mas os custos para fazer essa modificação podem sair das despesas operacionais, enquanto a compra de um novo sistema é invariavelmente uma despesa de capital.
Por fim, lembre-se de que um fornecedor específico pode oferecer apenas uma gama limitada de produtos. Isso pode incentivá-lo a direcioná-lo para uma solução de seus produtos ou recursos existentes. Infelizmente, esse produto pode não oferecer a melhor opção para seu aplicativo.
Introdução à automação a laser
Graças à nossa integração vertical exclusiva, a IPG oferece tudo, desde componentes e tecnologias de laser até sistemas pré-configurados, plataformas modulares e linhas de produção personalizadas. Como parceiro para tudo relacionado à automação a laser, não o pressionamos a escolher um produto ou uma abordagem específica.
Começar é fácil - envie-nos algumas peças de amostra, visite um de nossos laboratórios de aplicação global ou simplesmente conte-nos sobre sua aplicação.
