Como a fabricação de precisão é feita

Com a ajuda de análise de borda e aprendizado de máquina, a Audi está transformando a fabricação.

Principais conclusões:

  • A Intel está levando análises para a borda e ajudando a Audi a automatizar e a melhorar processos críticos de controle de de qualidade em suas fábricas.

  • Ao criar uma solução de plataforma orientada por dados, a Audi pode reduzir o erro humano e garantir que todos os carros sejam montados com muito mais exatidão e precisão.

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Aplicando tecnologia digital para a fabricação

Para a Audi, o segredo para o sucesso é o compromisso de usar tecnologia de ponta para criar veículos de alta qualidade que oferecem engenharia de precisão, desempenho excepcional e luxo. A fabricação de automóveis da Audi é muito avançada, com muitos trabalhos de produção, de soldagem por pontos a rebitagem, totalmente automatizados. Porém, seu objetivo final é criar fábricas inteligentes e alcançar um nível da produção da indústria 4.0. Para alcançar esse objetivo, os engenheiros da Audi precisariam ir além da abordagem tradicional de criar soluções personalizadas de hardware e software para lidar com casos de uso individuais. Ao invés disso, eles precisariam de uma plataforma escalável e flexível que utilizaria recursos digitais avançados, como análise de dados, aprendizagem de máquina e computação de borda.

"Se você analisar as fábricas hoje, a operação de fabricação automatizada da Audi está muito avançada e extremamente sofisticada," diz Christine Boles, vice-presidente do Internet of Things Group e gerente geral da Divisão de soluções industriais da Intel. “Mas os casos de uso personalizados são difíceis de manter e escalonar e podem realmente impedir a inovação, devido ao tempo e dinheiro necessários para obter as aprovações requeridas e implantar soluções individuais. A Audi estava pronta para analisar as coisas de uma nova maneira e tentar uma abordagem diferente."

Melhorando a qualidade por meio da inspeção em linha

A Audi fez parceria com a Intel em um experimento de prova de conceito focado em melhorar o processo de controle de qualidade para as soldas em seus veículos. O POC foi realizado na fábrica da Audi em Neckarsulm, Alemanha, uma das duas principais montadoras da empresa.

A fábrica de Neckarsulm possui 2.500 robôs autônomos em sua linha de produção. Cada robô é equipado com uma ferramenta, de pistolas de cola a chaves de fenda, e executa uma tarefa específica necessária para montar um automóvel Audi. Novecentos desses robôs carregam pistolas de soldagem para fazer pontos de solda que juntam peças de metal. A linha de produção é organizada em uma série de células e veículos que estão sendo montados e se movem de uma célula para outra. Cada célula pode conter até 20 robôs e várias máquinas de fresagem. As máquinas de fresagem são usadas para limpar as pistolas de soldagem, conforme necessário, entre as operações.

A Audi monta até aproximadamente 1.000 veículos todos os dias na fábrica de Neckarsulm, e há 5.000 soldas em cada carro - o que equivale a mais de 5 milhões de soldas em um único dia de produção. Para garantir a qualidade das soldas, a Audi realiza inspeções manuais de controle de qualidade usando o método de amostragem padrão da indústria. "A Audi retira um carro da linha todos os dias e o leva para uma grande sala onde 18 engenheiros com pranchetas usam sondas de ultrassom para testar os pontos de soldagem e registrar a qualidade de cada ponto," diz Rita Wouhaybi, engenheira principal da Internet of Things Group na Divisão de soluções industriais da Intel e arquiteta líder do software Industrial Edge Insights da Intel.

A amostragem é cara e trabalhosa, e o processo estava deixando muitas perguntas sem resposta sobre a qualidade dos outros 999 carros produzidos a cada dia. Infelizmente, a Audi não tinha uma maneira viável e econômica de testar a qualidade dessas outras soldas. "Nosso grande objetivo para esta solução é tornar possível a inspeção de 100% das nossas soldas com um alto grau de precisão," diz Mathias Mayer, que lidera o planejamento de tecnologia de automação da Audi. "Nesse momento, não temos esse tipo de garantia. Nós inspecionamos um carro acabado no final da linha de produção. Não temos nenhum processo de inspeção em linha. A Intel possui a tecnologia e o conhecimento para nos ajudar a melhorar nossos processos e atingir nossas metas."

Criando uma solução de borda escalável

Junto com a Audi, a Intel criou algoritmos para análise de transmissão usando o software Industrial Edge Insighs da Intel. Os algoritmos resultaram em análises e modelagens previsíveis e transformaram dados de fábrica em percepções valiosas. A solução coleta dados dos controladores da pistola de soldagem e os analisa na borda.

Os cientistas de dados da Intel criaram um algoritmo de aprendizagem de máquina e o treinaram precisão, comparando as previsões que ele gerou com os dados de inspeções reais que a Audi forneceu. O modelo usa dados gerados pelos controladores de solda, que mostraram tensão elétrica e curvas de corrente durante a operação de solda. Os dados também incluem outros parâmetros, como a configuração das soldas, os tipos de metal e a saúde dos eletrodos. Um painel de controle permite que os funcionários da Audi visualizem os dados, e o sistema alerta os técnicos sempre que detecta uma solda com defeito ou uma possível mudança na configuração que poderia minimizar ou eliminar falhas por completo.

As otimizações no chão de fábrica podem ir além de um processo para o resto da fábrica. A Audi pode usar esta solução da plataforma para outros casos de uso envolvendo robôs e controladores, como rebitagem, colagem e pintura. "O valor de colocar a plataforma de análise na borda é que ela permite coletar mais dados e analisar as correlações, causalidades e outras análises interessantes - até aquelas que talvez você não tenha pensado antes," diz Brian McCarson, vice-presidente da Internet of Things Group e diretor da Engenharia de sistemas industriais e Arquitetura da Intel. "Esta plataforma oferece muito mais capacidade à Audi. Não serve apenas para esse caso de uso. Após fazer o investimento inicial na plataforma, a Audi pode crescer e escalar entre as instalações e outros casos de uso."

Esta solução serve de modelo para soluções futuras. Temos muitas tecnologias na fábrica e este é um modelo que podemos usar para criar soluções de inspeção de qualidade para essas outras tecnologias, para que não tenhamos que depender de inspeções manuais." - Henning Löser, gerente sênior de produção da Audi Lab

Aumentando a eficiência e precisão

Passar das inspeções manuais para um processo automatizado e orientado de dados, permitiu que a Audi aumentasse o alcance e a precisão dos seus processos de controle de qualidade. Mas há outros benefícios que vêm junto a isso.

Na fábrica de Neckarsulm, já conseguimos ver uma redução de 30% a 50% nos custos de trabalho." - Michael Häffner, chefe de Planejamento de produção, Automação e Digitalização da Audi

Häffner enfatizou que aumentar a automação e eficiência não significa substituir trabalhadores, mas sobre dar a eles novos conhecimentos e habilidades, criando novas oportunidades para eles. É também uma necessidade, porque muitos trabalhadores de fábrica habilitados estão se aposentando e levando um conhecimento valioso com eles. Então, automatizar alguns desses trabalhos e conduzir funcionários mais jovens em novas direções é bom para a empresa e para os trabalhadores.

Outro principal benefício do novo sistema e das inspeções precisas que ele permite é que a Audi pode ser proativa e se concentrar em evitar problemas, em vez de apenas reagir a eles. "Vamos supor que façamos uma inspeção geral de 5.000 ou mais soldas em um carro por dia, e talvez 95% dessas soldas sejam boas e 5% não," diz Mathias Mayer. "No futuro, podemos nos concentrar nos 5%, porque sabemos onde eles estão na fábrica e podemos tomar agir com antecedência."

Vislumbrando o futuro

Ter um sistema transparente que permite que a Audi entenda e aprenda a partir dos dados que seu equipamento está gerando, está os inspirando a considerar novas possibilidades e oferecendo benefícios adicionais - alguns deles inesperados. "Por causa da análise que estamos executando agora e da maior visibilidade dos nossos dados, a Audi reduziu sua cobrança de impostos corporativos," diz Häffner. "No passado, tivemos que fazer muitas suposições e nossos impostos se baseavam nelas. Agora, os dados reais mostram que nossa obrigação tributária é menor, o que gera uma economia significativa de custos."

A Audi já tem planos de usar a plataforma para outros casos de uso na fábrica de Neckarsulm, e, eventualmente, pretende implantar inspeção de solda previsível e outras soluções em todas as instalações de produção do grupo Volkswagen. "Estamos no início de coletar e analisar nossos dados," diz Henning Löser. "À medida que continuamos essa jornada, haverá muito mais surpresas felizes e novas oportunidades para nós."

Construir carros mais precisos e sustentáveis é maravilhoso - e a Intel, com parceiros como a Audi, é como o maravilhoso acontece.

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