05.06.2024
Uma fábrica de aprendizagem
É isto que representa a Fábrica de Aprendizagem de Produção Global no laboratório de tecnologia de produção do Instituto de Engenharia de Produção (wbk) do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT). Não é apenas um local de aprendizagem para os estudantes, mas também aproxima a ciência e a indústria e é o ponto de partida para uma colaboração inovadora.
Josip Kopcic conhece bem a região de Karlsruhe. O motivo: ele cuida dessa área para a Balluff como representante de vendas há quase 10 anos. Ele também conhece bem o laboratório de tecnologia de produção do Instituto de Engenharia de Produção (wbk) do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT). É lá que está localizada a Global Production Learning Factory, um ambiente de demonstração e aprendizado de novas tecnologias e processos no contexto da produção. Kopcic apoia a equipe da Learning Factory com sua experiência técnica, como juiz no hackathon anual e fornecendo soluções de automação da Balluff.
Ponto de partida para uma colaboração inovadora
O wbk Institute for Production Technology tem uma longa história. Fundado em 1952 pelo Professor Dr. Walter Schmidt, seu desenvolvimento reflete o progresso tecnológico e industrial das últimas décadas. Como parte do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), ele estabeleceu como meta a pesquisa orientada para a aplicação de novas técnicas de produção e o desenvolvimento de novas tecnologias. Está dividido em três grandes áreas de pesquisa: "Sistemas de Produção", "Máquinas, Sistemas e Automação de Processos" e "Tecnologia de Manufatura e Materiais". Quando Josip Kopcic apareceu em 2015 com o padrão de comunicação IO-Link para uma produção mais flexível e eficiente em sua bagagem, esse foi o ponto de partida para uma colaboração inovadora.
Os alunos podem experimentar sistemas de produção complexos por meio da fábrica de aprendizagem e coletar dados para seus trabalhos de pesquisa.
Unindo teoria e prática
Gisela Lanza, diretora do Instituto de Sistemas de Produção da wbk, explica a ideia básica por trás da Fábrica de Aprendizagem da seguinte forma: "Os alunos devem ter um lugar onde possam colocar em prática e pesquisar suas questões teóricas sobre a tecnologia de produção do futuro - uma fábrica de aprendizado, por assim dizer." Juntamente com outras empresas do setor, a wbk e a Balluff começaram a transformar essas ideias em realidade.
"Inicialmente, a fábrica de aprendizado era um sistema de produção estacionário composto por várias estações", explica Magnus Kandler, que já estava a bordo como estudante quando os primeiros cursos de treinamento e estações de trabalho foram desenvolvidos e colocados em operação. Na época, Kandler estava estudando engenharia industrial em Karlsruhe e ajudou a montar a fábrica de treinamento. "É ainda mais gratificante continuar, desenvolver e moldar o projeto como assistente de pesquisa", diz Kandler, cujo trabalho atual se concentra no planejamento do sistema de produção e no gerenciamento digital do chão de fábrica.
Aplicação de novas formas de produção
A Global Production Learning Factory não abre suas portas apenas para os alunos. A wbk também oferece cursos de treinamento ou palestras para empresas e outras organizações. "Aqui temos a oportunidade de aumentar a conscientização sobre as novas tendências na produção e dar às empresas a chance de experimentar novas tecnologias ou abordagens, como a manutenção preditiva, a economia circular ou a cooperação homem-máquina", diz Kandler.
Modular, móvel e autossuficiente
"Para que isso seja possível, a fábrica de aprendizagem precisa ser de última geração", explica Alexander Geiser, responsável pelo hardware da fábrica de aprendizagem. "No instituto, estamos sempre procurando maneiras de usar novas tecnologias na Fábrica de Aprendizagem. Afinal, ela também é o nosso carro-chefe, não só para o ensino e a educação continuada, mas também como uma plataforma para as empresas apresentarem suas soluções inovadoras."
Durante a pandemia, o instituto contou com o ensino on-line. A equipe usou o tempo para revisar o conceito desatualizado. Juntamente com a Balluff e outros parceiros, foram desenvolvidas ideias para o desenvolvimento futuro da fábrica de aprendizagem: ela deveria ser modular, móvel e autossuficiente. Além disso, a rastreabilidade contínua de produtos individuais por meio de um passaporte de produto e o tópico da economia circular desempenham um papel importante.
As estações de trabalho consistem na mesma estrutura básica, na qual são montadas as máquinas individuais necessárias para a etapa de produção. A nova arquitetura reduziu significativamente o tempo necessário para reequipar a linha.
Atualmente, a fábrica de treinamento consiste em dez estações de trabalho móveis, cada uma equipada com tecnologia sem fio, atuadores elétricos e baterias para garantir uma operação móvel e autossuficiente. Todas as estações têm o mesmo design e podem ser equipadas com diferentes ferramentas, máquinas ou robôs, dependendo dos requisitos do processo de produção.
As dez novas estações são complementadas por dois robôs industriais, um robô colaborativo e três prensas pneumáticas. Essa modularidade permite que uma ampla variedade de cenários industriais seja mapeada para oferecer aos participantes a maior capacidade de personalização possível para seus próprios objetivos comerciais. "O foco foi a alta flexibilidade, os curtos tempos de troca e o comissionamento simples", diz Geiser, descrevendo o objetivo.
As estações são projetadas de forma que as pessoas sejam guiadas pelo processo de produção. A "receita" da etapa de produção é armazenada no sistema, a peça é identificada e os displays ou sinais luminosos mostram exatamente o que precisa ser feito. Isso reduz a suscetibilidade a erros e os custos de treinamento.
Impulsos valiosos
Ao longo do tempo, mais de 120 componentes individuais da Balluff foram instalados na fábrica de treinamento, desde mestres sem fio IO-Link, passando por cabeças de leitura e gravação RFID para reconhecimento de peças individuais, até sensores de monitoramento de condições (BCM), que medem dados ambientais como vibração, temperatura ou umidade, além de dados de processo.
"No início, nos concentramos principalmente nos tópicos de rastreabilidade e passaportes de produtos", diz Geiser. "Por meio do diálogo com Josip Kopcic, da Balluff, o monitoramento de condições também se tornou um foco maior. Nós realmente apreciamos essa troca e o impulso."
"O progresso nunca para", diz Kopcic, explicando sua motivação. "É por isso que nós da Balluff estamos sempre tentando encontrar novas soluções e traduzir tendências em produtos práticos. Também temos esse incentivo com a Fábrica de Aprendizagem."
Os dados coletados pelo BCM podem ser usados, por exemplo, para detectar anomalias durante o processo de produção e tirar conclusões sobre a condição do sistema. Isso resulta em muitas abordagens para o desenvolvimento de novas soluções no campo da manutenção preditiva, por exemplo, usando inteligência artificial e aprendizado de máquina. Uma base ideal para os alunos experimentarem as várias abordagens.
Trabalhando para ter uma ideia brilhante
No entanto, o envolvimento da Balluff não se limita apenas ao hardware. O especialista em sensores e automação também apóia o hackathon anual. Cerca de 30 alunos passam 30 horas trabalhando em vários casos na fábrica de aprendizado. As ideias resultantes são apresentadas e avaliadas por um júri de especialistas da prática e da ciência com base em vários critérios, como eficácia, originalidade e maturidade ou o modelo de negócios subjacente e o potencial de mercado.
A equipe vencedora recebe um belo prêmio de mais de 1.500 euros. "Todos dão o melhor de si na hackathon. É possível sentir a motivação e a paixão na sala. É fascinante ver como as equipes desenvolvem novas soluções em um espaço de tempo tão curto", diz Kopcic, que também é membro do júri.
Magnus Kandler (à esquerda) e Alexander Geiser (à direita) são funcionários acadêmicos e candidatos a doutorado na wbk. O Sr. Kandler faz parte do grupo de Planejamento do Sistema de Produção e pesquisa o gerenciamento digital do chão de fábrica. Ele realiza cursos de treinamento para empresas na Fábrica de Aprendizagem e é responsável por modelos de negócios. Alexander Geiser trabalha no grupo de garantia de qualidade e está envolvido na remanufatura de componentes de células de combustível no contexto da mobilidade eletrônica.
Situação em que todos saem ganhando
"A pesquisa na fábrica de treinamento, os cursos de treinamento e o hackathon são um carro-chefe para nós", diz Kandler. "Quando você entra em nosso salão, as estações de trabalho móveis são uma das primeiras coisas que você vê. Isso também promove o diálogo com parceiros, estudantes e empresas." Para a Balluff e a wbk, o envolvimento é uma situação em que todos saem ganhando: "Os estudantes entram em contato com nossas soluções. Muitos deles criam suas próprias empresas após a graduação ou encontram seu lugar no setor. Alguns deles se lembram de nós. Isso já resultou em vários projetos", diz Kopcic com satisfação.