A nova linha de embalagem automatizada ajuda o fabricante de isolamento, Isomo, a resolver problemas e a aumentar a produção

Tarefa:
Oferecer uma solução automatizada de alta velocidade que permitiria aumentar o rendimento no fim de linha, baseado em embalagens mais pequenas de placas de isolamento em poliestireno e permitir ao fabricante expandir a produção para dar resposta à crescente procura.

Solução:
Instalar uma nova linha equipada com dois robôs FANUC 410iB/300 para descarregar e transferir pilhas de placas. Alimentado pelo primeiro robô, o segundo robô utiliza as suas pinças para recolher o número correto de placas, desde que esteja disponível um número suficiente, e envia-as para a máquina de embalagem. Fácil de utilizar, toda a configuração é controlada e operada através de um PC.

Resultado:
Capacidade de embalagem duplicada, resolução de problemas e viabilização do aumento de produção do cliente. A velocidade e a eficácia dos robôs reduziram os tempos de ciclo e permitiram passar de três turnos para dois.


O espaço proporciona uma rotação adicional

O que muito poucos leitores sabem é que Isomo significa ISOlation Modern. É uma marca muito conhecida de placas de poliestireno expandido, e na Bélgica, o nome de tipo genérico é Styrofoam. As operações de produção das placas Isomo estão localizadas em Kortrijk, foram iniciadas em 1956 e ainda pertencem à Vereecke.

A Isomo vende 40% da sua produção na Bélgica. Segue-se a França, um importante mercado de escoamento, bem como um potencial mercado em crescimento, em que as oportunidades são nos pequenos formatos. Este mercado conheceu um rápido crescimento o ano passado e tinha de ser rentabilizado o mais rapidamente possível. O problema residia no facto de a linha de embalagem existente ter-se tornado problemática para pequenos formatos, pelo que não era propício intervir nessa área e ganhar dinheiro. No entanto, inicialmente os trabalhos recaíram na mão-de-obra e na capacidade de embalagem semi-manual rápida, para poder aproveitar o novo mercado.   A partir de agosto de 2011, a colocação em operação de uma nova linha robotizada demonstrou capacidade para manusear formatos pequenos com rapidez e rentabilidade. Além disso, duplicando a capacidade de embalagem (tendo em conta que era esse o problema), e logo também a capacidade de produção, este departamento pôde passar de três para dois turnos. Como resultado do investimento de meio milhão de euros, o mercado emergente em França, apresenta resultados comerciais significativos.

Os departamentos técnico e de gestão do setor analisaram a instalação deste novo robô nomeadamente com Thierry Vereecke, diretor executivo, e Dieter Werniers, técnico-executivo da Isomo, com Hans Van Essche, diretor-geral, e Jelle Parmentier, engenheiro de projetos da Fraxinus (designer e criador da nova linha de embalagem) e ainda com Peter Kiekens e Annelies Vander Hulst da FANUC (o fornecedor de robôs).

Produção de placas Isomo

A matéria-prima das placas Isomo é o poliestireno expandido. Este componente foi criado pela BASF, nos anos 50, mas desde que a patente expirou, tem sido introduzido no mercado por várias empresas. Existem dois tipos básicos: o poliestireno completamente branco e o poliestireno preto com inclusão de carbono preto. O segundo caso, apresenta melhores propriedades de isolamento (isolamento acústico também). Dependendo das propriedades finais, são adicionados aditivos ao poliestireno (por exemplo, para conceção de tipos à prova de fogo).

O produto básico fornecido são as micro-células do tamanho do açúcar em pó com uma parede exterior em poliestireno e gás pentano como agente de sopro. Durante o aquecimento, o agente de sopro pode expandir as células até cinquenta vezes, sendo o ar aspirado para o interior das células. O referido pó é expandido num primeiro passo de produção do lote injetando vapor num silo para esferas de poliestireno ocas de maior dimensão, em que o tamanho da esfera depende do vapor fornecido durante a expansão. O nível de expansão é obtido em função da densidade que a futura placa deverá ter. Após uma secagem inicial forçada, durante um período de tempo específico, estas esferas são armazenadas em silos de armazenamento para processamento adicional.

Num segundo passo, o peso correto das esferas é colocado num molde do silo de armazenamento por via aérea. Estas esferas são, uma vez mais, expandidas através da injeção de ar. Devido a um volume limitado (altura do molde com um tamanho de 6 x 1,2 m x 1 m), as esferas expandidas são pressionadas entre si e derretem conjuntamente formando um bloco homogéneo com muito ar (por exemplo, 95% do volume), mantido nas esferas de poliestireno fechadas mutuamente aderentes.

Este bloco de material de isolamento é armazenado em dias diferentes nas lojas, até toda a reação ficar concluída. O terceiro passo é o corte desse bloco. Três passos: primeiro por densidade, uma grande variação de densidades, em função do cliente e a adaptação, de 1 simples mm (para isolamento de papel de parede) a algumas dezenas de cm de espessura (por exemplo, para isolamento de paredes). De um modo geral, pretende-se manter a mesma espessura de placa para manuseamento ou restringir ao máximo três espessuras. Consequentemente, na largura pretendida (largura normalmente de 1,2 m ou 1 m e mais recentemente 0,6 m). No último posto de trabalho, são cortados os comprimentos corretos. De um modo geral, os comprimentos eram anteriormente de 2 m e variam atualmente cada vez mais à partir de 33 cm. Esta secagem é efetuada mecanicamente com fios de cobre prensados, aquecidos através de resistência elétrica.  Deve ser fundido o cabo tensionado através do bloco e, em simultâneo, efetuado o isolamento da camada de corte para proporcionar uma superfície lisa. A definição da posição do cabo é efetuada manualmente. Os blocos são transportados num tapete transportador controlado através dos três postos de trabalho e são cortados automaticamente.

Referências como base

O passo seguinte é a embalagem. Anteriormente, as placas tinham geralmente 2 m de comprimento (frequentemente utilizadas como isolamento de paredes duplas) e para a sua embalagem eram utilizadas películas plásticas para facilitar o transporte de várias placas); no final dos anos 80, foi adquirida uma máquina. Os blocos cortados são transportados, utilizando uma esteira de transporte, até à máquina de embalagem. As placas são descarregadas aí e colocadas manualmente na máquina embaladora; a película envolve a placa e é selada. Em seguida, as embalagens são recolhidas e colocadas na palete manualmente.

A França era um importante mercado de adeptos do "faça você mesmo", que requer tamanhos de placas mais pequenos e embalagens mais pequenas. As reparações, como a renovação e o isolamento de paredes, também requerem tamanhos de placa mais pequenos. Embora para placas grandes tenha sido obtida uma cadência de 60 m2/hora, esta velocidade diminuiu para placas pequenas para apenas 30 m2/hora. Esta ação garantiu que a máquina de corte tinha essencialmente de repousar. Por outras palavras, o rendimento da produção global diminuiu drasticamente e o preço do custo dos pequenos formatos tornou-se demasiado elevado, pelo que não foi possível calcular o preço de venda.

Com o objetivo de não deixar este mercado desaparecer, em final de 2010, ficou decidido configurar uma linha específica para formatos mais pequenos. Através da Desco, fornecedor da primeira máquina de embalagem, considerada bastante satisfatória, a ISomo entrou em contacto com a Fraxinus.  A conceção e construção baseou-se na máquina de embalagem Seco, uma instalação de robô que permitia embalar três espessuras conjuntamente.

Dois robôs numa fila

A nova linha de robôs tem duas posições de robô, ambas equipadas com um robô FANUC-410iB/300 (carga conjunta máxima de 300 kg). A escolha do robô também é determinada pelo peso máximo, a área de trabalho e as várias forças que devem atuar no robô. As embalagens de corte, constituídas por várias pilhas seguidas, cada uma com várias placas (em que a espessura das placas pode diferir) são fornecidas pela máquina de corte até um tapete transportador. Na primeira posição do robô, são transferidas pilha a pilha para a posição de descarga num tapete de transporte sucessivo, fazendo com que a pilha seja colocada na posição de descarga. O robô recolhe o número correto de placas com as suas pinças e coloca-as na pista de rolamento até à máquina de embalagem. Se o número de placas com a espessura disponibilizada na pilha for inferior à quantidade da embalagem, o robô deposita-as numa das posições de espera. Se houver placas suficientes com esta espessura para um pacote, numa posição de espera específica, o robô envia essa embalagem da posição de espera para a máquina de embalagem.

Passa na pista de rolamento para a máquina embaladora, onde o pacote é embrulhado em película, sendo a película firmemente selada. O tempo de ciclo da máquina de embalagem é de oito segundos. Não foi escolhido película retrátil propositadamente para garantir que as placas de isolamento térmico não ficam danificadas (podem derreter a altas temperaturas). As placas embaladas são transportadas na pista de rolamento para um segundo robô, que assegura o empilhamento das embalagens, de acordo com o padrão pretendido da palete apropriada. Podem ser processadas até três espessuras diferentes e, deste modo, serem empilhadas em três paletes diferentes. Entre os dois robôs está um dispositivo para imprimir etiquetas e para a sua fixação, para que a embalagem fique corretamente etiquetada.

Combinação-PC-PLC

O processo global é controlado e operado a partir de um PC. O PC suporta, através de Ethernet, impressora de etiquetas, controlador de robôs, controlador da máquina de embalagem e PLC (Siemens S7) que opera os restantes elementos da linha. O PLC aciona as pinças pneumáticas, bem como o tapete rolante de alimentação as pistas de rolamento de descarga. Ambas as pistas de rolamento são acionadas pelo motor redutor SEW e pelo acionamento por corrente das pistas; a respetiva velocidade é controlada a partir de um controlo de frequência Lenze que comunica com o PLC através de Profibus.

Atualmente um operador tem de escolher um "método de manuseamento" de acordo com o bloco serrado recebido no PC. Esta ação é pré-programada, em função do tipo e do padrão de corte do bloco recebido e do padrão de embalagem pretendido. Para o futuro, estamos a pensar este controlo baseado na leitura de um código de barras na máquina e num sistema ERP central a disponibilizar mais tarde. O software já foi disponibilizado. O sistema de supervisão, desenvolvido pela Fraxinus é bastante gráfico e permite acompanhar o trabalho visualmente e localizar as interrupções que ocorrem 

Pinças pneumáticas

As pinças foram desenvolvidas de forma específica e personalizada pela Fraximus. Incluem um sistema de pinças duplas, num lado, duas paredes laterais prensadas contra as placas Isomo, e nas paredes das pinças existe um conjunto adicional de agulhas que são prensadas na placa (para que não ocorra qualquer queda).  A operação das paredes laterais e das agulhas ocorre com alguma ajuda dos cilindros pneumáticos (Festo).

Teria sido possível optar para que estas operações fossem realizadas através do eixo do fuso do servomotor. A vantagem era a possibilidade de integrar seis eixos no controlo do robô, mas o custo seria muito elevado, certamente devido ao facto de a margem normal ter de ser muito baixa  (atualmente estão disponíveis 2 larguras de blocos  100 e 120 cm).

Arranque faseado

A Fraxinus foi contactada em dezembro de 2010. Com base nos primeiros designs da linha de robôs (logo uma espessura de placa por bloco) a Isomo efetuou a encomenda em janeiro de 2011. Ficou decidido aumentar a flexibilidade na altura do design detalhado, permitindo até três espessuras por embalagem. Em março, foi possível iniciar a construção atual.

A instalação no local foi efetuada em duas partes. A primeira parte, com o robô e a máquina de embalagem em destaque, foi colocada em funcionamento a 6 de junho de 2011. O empilhamento continuou a ser efetuado manualmente nas paletes, mas o acondicionamento efetivo decorreu relativamente rápido (foi útil porque junho é um mês ocupado).  A peça final, o robô de empilhamento, foi colocado durante a paragem, em agosto de 2011 e foi arrancado com êxito.  O ganho de velocidade na linha de embalagem é enorme. Com esta linha é possível gerir 60 m³/h e para alguns tipos  até 80 m³/h, logo quase duas vezes mais do que anteriormente. Deste modo, o turno da noite pode ser dispensado.

Produtos FANUC utilizados