Esta história é sobre nós! A Rockwell Automation, Inc. é líder global em automação industrial e transformação digital. Conectamos a imaginação das pessoas com o potencial da tecnologia para expandir o que é humanamente possível.
- Identificar problemas de desempenho dos processos devido ao desgaste dos equipamentos de ferramental antes que a produção seja interrompida
- Detecção antecipada de uma peça desgastada em até 30 a 60 dias
- Taxa de falhas otimizada em até 22%
- US$ 45 mil de economia na redução da mão de obra
- US$ 9 milhões em receita alcançada antes
Qual é o lado bom de ter um pneu furado? Normalmente, você é alertado sobre o problema no exato momento. Uma luz de advertência aparece em seu painel ou você sente a diferença ao dirigir. Você recauchuta ou troca o pneu e continua dirigindo sem problemas. O problema permanece isolado no pneu.
Não é isso o que acontece em muitos processos de produção. Em geral, quando uma peça de ferramental começa a se desgastar, os operadores não estão cientes de que há necessidade de intervenção até que ocorra uma interrupção maior no processo. Isso pode significar que outras partes da linha estão sujeitas a interrupções. O produto na linha poderá ser danificado. A produção poderá ser interrompida.
Se os operadores tivessem conseguido identificar o problema isolado antes, eles poderiam ter agido. Em vez disso, o fabricante sofre com tempo de parada não programada, desperdício de materiais e perda da produção.
A Rockwell Automation, especificamente o arquiteto de software Kai Lin e os engenheiros de processo PBCA Miki Cvijetinovic e Gregory Vance, sabiam que isso era um problema para nossos clientes e decidiram fazer algo a respeito. Eles testaram uma solução na fábrica da Rockwell Automation em Twinsburg, Ohio, EUA.
O desafio
Este é um exemplo do que nossas operações de montagem eletrônica envolvem nas instalações da Rockwell Automation:
- 4 mil projetos exclusivos de placa de circuito produzidos por ano
- 9 milhões de componentes colocados por dia
- 23 milhões de juntas de solda formadas por dia
- 14 mil painéis produzidos por dia
Nossa unidade em Twinsburg tem 8 linhas de produção. Twinsburg é uma grande instalação de produção e, como todas as demais instalações, há muitos processos que podem afetar a produção. Para nosso teste, optamos por priorizar o processo de impressão em estêncil.
Compreensão do problema
Uma folha de estêncil tem aberturas gravadas a laser, sob as quais uma placa de circuito é encaixada. Em seguida, uma lâmina do rodo empurra a pasta de solda da parte da frente para parte de trás do estêncil, preenchendo as aberturas com essa pasta de solda, que irá se assentar e colar na placa de circuito. No final do curso, a placa de circuito é transferida e, então, inspecionada. A placa de circuito seguinte é impressa na direção oposta com uma lâmina de rodo diferente. Cada etapa desse processo gera dados de desempenho.
Mais complexo do que o previsto
Como em qualquer processo de produção aparentemente simples, há complexidades ocultas. Primeiro, o processo de impressão em estêncil é complexo com muitas variáveis independentes. Portanto, o pessoal de suporte tem dificuldade para detectar desgaste ou problemas de desempenho dos estênceis e rodos, sobretudo quando esse desgaste é praticamente imperceptível a olho nu. Além disso, o início do processo e as pausas longas alteram a eficácia da transferência da pasta, complicando a análise do desgaste a longo prazo das peças de ferramental.
E os estênceis que são mais finos ou com revestimentos especiais têm diferentes ciclos de vida, tornando o desgaste ainda mais imprevisível. Embora cada etapa do processo gere dados de desempenho, o pessoal de suporte não consegue coletar e analisar esse grande volume, que abrange TI, TO e engenharia, em tempo real.
O pessoal de suporte precisava de uma maneira melhor de coletar e analisar dados de desempenho em tempo real em seu equipamento e ser alertada imediatamente sobre quaisquer anomalias ou danos. Este era o caso de uso perfeito para nosso algoritmo de detecção de anomalia, cujo cálculo poderia ser realizado e exibido por meio do FactoryTalk® DataMosaix™ segundos após a inspeção da impressão.
A solução
Nossas equipes de engenharia de projeto e software adotaram uma abordagem baseada em algoritmo para esse desafio. Elas criaram um algoritmo de detecção de anomalia patenteado, de propriedade da Rockwell Automation, que monitora o ferramental no processo de impressão em estêncil e envia dados de desempenho para o pessoal de suporte. Em seguida, elas implementaram notificações sobre esse algoritmo para que o pessoal da fábrica pudesse receber alertas imediatos sobre anomalias sem a necessidade de realizar análises post-hoc entediantes.
Tags e sensores necessários
Primeiro, a equipe de engenharia adicionou tags de identificação por radiofrequência a cada um de nossos estênceis e lâminas do rodo, juntamente com um sensor para detectar a direção na qual o pórtico estava se movendo. A equipe coletou os dados e relacionou-os aos números de série das placas de circuito impresso que entraram nas máquinas e foram registradas por um controlador lógico programável (CLP) existente. Ela também vinculou os dados ao estêncil e rodo correspondentes para obter os dados de desempenho sobre anomalias, falhas e inspeção da pasta de solda.
Coleta de dados e contextualização elegantes
Em seguida, recorremos ao FactoryTalk DataMosaix. O FactoryTalk DataMosaix é um aplicativo SaaS projetado para reunir grandes volumes de dados brutos de várias fontes, contextualizá-los em uma plataforma e torná-los úteis para aplicativos usados por equipes de gestão de operações.
Por que o FactoryTalk DataMosaix foi selecionado para este projeto? As ferramentas típicas de BI não forneceram modelagem de relacionamento de dados suficiente, nem a capacidade de realizar essa contextualização em tempo real. O Power BI, por exemplo, exigia que alguém realizasse a análise manualmente.
Para a fábrica de Twinsburg, essa análise era realizada mensalmente. Com o FactoryTalk DataMosaix, a análise poderia ser feita em tempo real, um requisito para que o pessoal da fábrica seja notificado sobre anomalias imediatas no desempenho.
Além disso, o FactoryTalk DataMosaix rastreia todo o ciclo de vida das lâminas de rodo e estênceis à medida que eles se movem pelo chão de fábrica. Normalmente, quando um estêncil é usado em uma linha, seus dados são rastreados. Quando ele é trazido de volta e colocado em outra linha depois, os dados referentes ao tempo de execução e ao desempenho anteriores não são considerados, o que aumenta a probabilidade de o pessoal não identificar eventuais problemas de desempenho.
Usando o FactoryTalk DataMosaix, inserimos os dados em um gráfico que identificou o risco de falha do equipamento. Esse método analítico é uma “maneira muito elegante de olhar para o desempenho da linha”, diz Kai Lin, arquiteto de software da Rockwell Automation. “Ele realmente mostra se a linha está melhorando ou piorando."
Alertas em tempo real no Teams
Por fim, a equipe criou um canal no Microsoft Teams no qual qualquer pessoa na fábrica poderia se inscrever e receber notificações em tempo real de anomalias ou defeitos do equipamento. Os alertas poderiam ter sido gerados de várias maneiras. Nossa equipe optou pelo Microsoft Teams porque é o sistema de negócios que a equipe já estava usando.
Confira a seguir como era o processo. Quando a máquina de inspeção da pasta de solda detectava um problema com uma placa de circuito, o operador precisava verificá-la ou limpá-la manualmente, acarretando atrasos ou possíveis erros na avaliação. Hoje, ao monitorar o desempenho do equipamento de ferramental, incluindo rodos e estênceis, o algoritmo aciona alertas para taxas de falha excepcionalmente altas das placas, fazendo com que os operadores pausem e investiguem o problema de imediato.
Graças à solução implementada, os operadores podem identificar rapidamente o equipamento que está causando as falhas, muito diferente do que ocorria antes, quando a natureza do ambiente de produção dificultava a identificação da causa do problema.
Agora, era hora de ver se a solução funcionava. A fábrica implantou o projeto incluindo o algoritmo, o FactoryTalk DataMosaix e do Microsoft Teams no final de 2023 e coletou dados por cerca de 70 dias.
O resultado
Redução nas inspeções com falha
Houve vários casos em que a equipe de engenharia e o pessoal da fábrica receberam uma notificação sobre uma anomalia ou falha no estêncil e puderam reagir de maneira apropriada. Em vez de esperar a ocorrência de uma falha (ou de desperdiçar estênceis ao substituí-los com base em uma data), o algoritmo forneceu aos operadores uma advertência sobre a falha do estêncil com 30 a 60 dias de antecedência. E depois de substituir ou reparar o estêncil danificado em cada caso, a taxa de falhas foi otimizada em 22%.
Aumento da produtividade dos operadores
Além disso, os operadores das máquinas se tornaram mais produtivos. Agora que o pessoal de suporte é alertado sobre problemas no estêncil antes que afetem o restante da linha de produção e conta com dados relevantes com os quais trabalhar, os operadores têm menos distrações e podem ser mais eficientes.
Retorno do investimento para Twinsburg e além
Após uma avaliação de quatro meses em nossa instalação de Twinsburg, calculamos que a economia anual de mão de obra foi drasticamente maior do que os custos, com um retorno do investimento de cerca de 200%. Com casos de uso adicionais planejados, estamos confiantes de que o retorno do investimento do FactoryTalk DataMosaix aumentará ainda mais, justificando essa despesa anual.
Interrupção da receita
Finalmente, a taxa de falhas otimizada e a produtividade maximizada correspondem a ganhos de receita. Especificamente, o projeto permitiu que a fábrica alcançasse US$ 9 milhões em receita antes graças ao menor número de interrupções.
O futuro é promissor... e produtivo
O que o futuro reserva para o algoritmo e a integração do FactoryTalk DataMosaix? As equipes de engenharia e software estão trabalhando para implantá-lo em escala em Twinsburg, bem como em nossas fábricas em Mequon, Monterrey e Singapura. Também estamos procurando outras aplicações para essa solução em nossas operações.
Como a Rockwell Automation é proprietária do algoritmo, há uma verdadeira infinidade de casos de uso para nossos clientes. Como Kai Lin diz: “Quando você pensa no que o algoritmo fornece... e, na verdade, correlacionando ao monitoramento do desempenho do ferramental no processo, eu veria uma aplicabilidade muito ampla na fabricação discreta”.
Publicado 26 de junho de 2024