Montagem e testes de fim de linha de supercomputadores

Quanto mais funções um veículo abranger, maior deverá o desempenho dos seus dispositivos de comando. A demanda pelos assim chamados supercomputadores, que além de telecomunicação e conforto de condução, também apoiam a condução autônoma, cresce cada vez mais – e, consequentemente, a necessidade de soluções de automação para os seus componentes. Por isso, o especialista em automação Schnaithmann Maschinenbau GmbH, programou sete robôs KUKA de tal maneira que eles colaborem na produção de supercomputadores.

Robôs programados de forma inteligente montam supercomputadores

O braço do robô do KR AGILUS apanha de forma objetiva e precisa o componente de plástico, que é extremamente necessário para o chamado High Performance Computer (HPC). Ele o posiciona no compartimento certo do buffer de armazenamento, onde um outro robô o apanha e o encaminha ao controle de componentes. De forma rápida e precisa um total de sete robôs KR AGILUS trabalham lado a lado, segundo um processo programado de forma inteligente. Eles nunca param, não deixam cair nada, montam e controlam os supercomputadores com o máximo cuidado. Eles contribuem para que apenas componentes da melhor qualidade sejam instalados nos supercomputadores dos veículos.

Atualmente, os HPCs permitem, entre outros, o download de aplicativos e atualizações de segurança e, a longo prazo, eles também devem apoiar a condução autônoma. Os computadores de alto desempenho são, por assim dizer, o cérebro do veículo e devem processar enormes quantidades de dados e, ao mesmo tempo, ser suficientemente leves e compactos para encontrar espaço também em veículos menores. Para poder produzir de forma econômica estes dispositivos de controle de alto desempenho, são necessárias soluções de automação eficientes e flexíveis.

Os KR AGILUS garantem eficiência sem erros na automação de montagem.

Para a montagem automatizada e os testes End-of-Line (EOL) (testes de fim de linha) das peças, um fornecedor automotivo trouxe a bordo um especialista em automação, a Schnaithmann Maschinenbau GmbH e a KUKA. Pois o especialista em automação de médio porte da cidade Suábia de Remshalden se especializou em soluções de sistema nas áreas de instalações e máquinas especiais para a automação da montagem, e pode programar vários robôs de modo que eles trabalhem lado a lado de forma soberana e segura.

"Achamos especialmente interessante a automação modular, porque ela não requer uma periferia rígida e é extremamente flexível. Se o design ou o modelo de um componente mudar, é substituída a respectiva célula e o robô a ela atribuído é reprogramado – em seguida, a montagem pode continuar", explica Chris Klöpfer, Vendas Técnicas SL, Schnaithmann.

Garantia máxima da qualidade através de testes End-of-Line

A Schnaithmann já realizou inúmeros projetos de clientes com robôs KUKA. O fornecedor automotivo já trabalha há muito tempo com soluções KUKA em diversas localidades e avalia o fabricante de robôs como parceiro confiável e inovador na automação de montagem. Também neste projeto desafiador a escolha recaiu sobre robôs KUKA. O design esguio do KR AGILUS, suas inúmeras possibilidades de aplicação e pintura especial ESD+ – em combinação com a unidade de comando do robô compacta KR C5 – foram, entre outros, argumentos convincentes. Assim, no final de 2021, foi dado o pontapé inicial para esta automação inovadora na fabricação dos supercomputadores.

"O cliente queria uma solução que oferecesse máxima flexibilidade e que pudesse se adaptar de forma rápida e econômica quando os componentes mudam", explica Joachim Roess, Global Key Account Manager responsável pelo fornecedor automotivo na KUKA. Era necessário tornar os testes de fim de linha do produto extremamente confiáveis. Devido à sua relevância para a segurança de condução, os supercomputadores estão sujeitos às regulamentações especialmente rígidas da certificação para "Advanced Autonomous Driving Technology". Microfissuras não identificadas em supercomputadores podem provocar falhas no Advanced Driver Assistance System (ADAS) (Sistema Avançado de Assistência ao Condutor). Essas microfissuras devem ser excluídas através de uma montagem altamente precisa e totalmente automatizada sob proteção ESD+, bem como através de ensaios, como testes EOL confiáveis.

Perfeição de precisão milimétrica do KR AGILUS no fluxo de trabalho Chaku-Chaku.

Robô no fluxo Chaku-Chaku

Instalações comparáveis muitas vezes utilizam linhas com esteiras transportadoras, mas com isso as empresas produtoras estão presas a determinados tamanhos. "Se o produto muda ou até mesmo apenas parcialmente a execução de teste End-of-Line, isso pode levar a dispendiosas alterações construtivas em conceitos rígidos de instalação", menciona Joachim Roess como um exemplo. Por isso, a Schnaithmann e a KUKA propuseram uma solução com vários robôs livres, que trabalham segundo o princípio Chaku-Chaku.

No princípio Chaku-Chaku, a peça a ser processada é depositada diretamente lado a lado pelo robô na estação e de lá, após o processamento, transportada pelo robô até a estação seguinte – sem o uso de meios de transporte adicionais como, por exemplo, esteiras transportadoras clássicas. Portanto, os robôs movem as peças diretamente de estação para estação e as processam lá. Por um lado, isso requer menos periféricos e, ao mesmo tempo, oferece mais possibilidades para adaptações futuras da instalação, uma vez que os robôs podem ser posicionados e reprogramados de forma simples em outro local.

Uma equipe harmonizada: os KR AGILUS trabalham lado a lado sem se tocar.

No entanto, o princípio Chaku-Chaku pressupõe que os robôs se comunicam de forma inteligente entre si e desbloqueiam os seus espaços de trabalho. A clássica aplicação de manuseio Chaku-Chaku permite que os robôs, que se encontram sobre armações e bases livremente no ambiente, executem os seus passos de trabalho em uma sequência exatamente predefinida.

Os robôs KUKA que atuam livremente segundo o princípio Chaku-Chaku ficam bem sem colegas humanos.

Com simulação e abrangentes testes EOL à máxima precisão

A simulação do processo de produção antes da colocação em funcionamento da instalação através do software KUKA.Sim, permitiu identificar o fluxo de produção ideal. Este fluxo de produção perfeito e econômico refere-se, por um lado, ao tempo de ciclo e, por outro lado, à ocupação ideal dos robôs. Com isso, além da redução de componentes de hardware a um mínimo e da economia de espaço associada, é acompanhada máxima capacidade de adaptação a requisitos de componentes mutáveis.

Economia de espaço e automatizado: cada passo de trabalho segue em uma sequência exatamente definida.

Dessa forma, a instalação pode ser convertida de forma rápida e simples às adaptações necessárias. E através de abrangentes testes dentro do sistema de teste, em especial através de EOL, a Schnaithmann, a KUKA e o fornecedor automotivo, atingem juntos o objetivo de que somente elementos da mais alta qualidade sejam usados em computadores de alto desempenho.

A caminho de forma compacta com o KR AGILUS, a KR C5 micro e programação inteligente

A equipe Schnaithmann decidiu-se por sete robôs KR AGILUS, que cooperam no sistema totalmente automatizado e sem colaboradores humanos. Cinco dos robôs carregam e descarregam os buffers de armazenamento com componentes, dois assumem o teste de fim de linha propriamente dito por meio de um sistema Vision. O KR AGILUS convence por si só com o seu design esguio, sua usabilidade e precisão versátil, bem como com o grau de proteção IP67 e o grau de sala limpa ISO 4.

Todos os robôs KR AGILUS são certificados e correspondem ao padrão ESD+. Com isso eles atendem os elevados requisitos da indústria automotiva.

Além disso, o que predestina o robô de seis eixos para o Chaku-Chaku, é que ele pode ser combinado com a unidade de comando para robôs de pequeno porte KR C5 micro especialmente compacta e energeticamente eficiente. Esta convence em qualquer posição de montagem – neste caso, ela encontrou espaço na armação de montagem do robô. Aqui não é necessário um armário de distribuição adicional com cabeamento rígido e inflexível. O design compacto do KR AGILUS em combinação com uma das unidades de comando de robô mais compactas no mercado, atinge exatamente o objetivo do fornecedor automotivo: máxima flexibilidade nos componentes através da expansão e adaptação rápida e econômica da instalação.

Desafios solucionados com pintura especial e software de sistema KUKA (KSS)

"Por padrão, os robôs KUKA são certificados segundo as normas ESD mais recentes", explica Joachim Roess, "mas quando se trata da condução autônoma, os requisitos são maiores do que na área eletrônica em geral, até mesmo que na fabricação de semicondutores." Pois já através de um baixo nível de carga elétrica podem surgir microfissuras que não podem ser detectadas pelo teste final do dispositivo de comando, mas que levam a uma redução da vida útil do componente. Para evitar isso, o fornecedor automotivo pediu uma pintura especial que contenha partículas metálicas dissipativas, não apenas para o robô, mas também para o seu pé e base.

Desejado – fornecido: todos os KR AGILUS da instalação agora atendem ao padrão ESD+. Esse padrão dificilmente pode ser alcançado na produção com colaboradores humanos: cabelos e roupas tendem à carga eletrostática, de forma que são necessárias roupas de trabalho especiais para todos que entram em contato com componentes eletrônicos sensíveis. Além disso, o uso dos robôs atua contra a escassez geral de mão de obra. Pois para atividades monótonas, repetitivas e, ao mesmo tempo, exigentes, praticamente não se encontra pessoal.

O fluxo de trabalho Chaku-Chaku perfeito

Outro desafio foi programar os robôs de tal forma que os respectivos espaços de trabalho estejam perfeitamente harmonizados entre si. Os sete KR AGILUS devem ocupar o menor espaço possível no pavilhão, mas os braços e garras não podiam colidir. "No nosso sistema operacional KSS esses espaços de componentes podem ser implementados por padrão", relata Roess, "de modo que o controle central sempre pode determinar quando um lugar está liberado para o robô A e quando para o robô B, para poder evitar uma colisão dos robôs com segurança."

Soluções de automação como estas são bem escalonáveis. Elas são necessárias na produção de HPC para carros elétricos inovadores.

Além disso, prático: se uma instalação é expandida com robôs adicionais, estes também podem ser reconfigurados rapidamente e executam os trabalhos lado a lado com os outros KR AGILUS. Também a expansão de máquinas ou outros componentes é fácil aqui.

Conclusão e perspectiva: uma solução de futuro

Trabalhamos preferencialmente junto com a KUKA, porque a capacidade de fornecimento foi boa mesmo em tempos difíceis.

Chris Klöpfer, Vendas Técnicas SL, Schnaithmann

Isso foi demonstrado uma vez mais no projeto atual. Também o cliente, o fornecedor automotivo internacional, ficou extremamente satisfeito por ter encontrado com a KUKA um fabricante de robôs com capacidade ESD na área eletrônica. Joachim Roess revela que a instalação, que está em operação há poucos meses, deve ser ampliada. "Uma segunda estação de teste já está em planejamento – isso pode ser realizado de forma rápida e fácil, pois esse tipo de solução é bem escalonável", segundo Roess. A demanda de supercomputadores para veículos elétricos inovadores continuará crescendo, preveem especialistas – soluções de automação como estas ajudam a atender a alta demanda e a produzir de forma econômica.

Enquanto isso, o fornecedor automotivo trabalha junto com a KUKA e integradores em outras soluções inovadoras para a mobilidade de amanhã. Assim, um projeto de pesquisa mostrou que o robô móvel KMR iiwa é apropriado para apoiar na montagem de placas em alta velocidade. Como parte do processo de Splicing ele garante que componentes sensíveis cheguem de forma confiável, rápida e precisa aos locais previstos para isso na placa PCB. Outro passo do fornecedor automotivo internacional para estruturar a sua produção e, consequentemente, a mobilidade de amanhã de forma ainda mais eficiente e inovadora.