PT104103A

PT104103A - Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho

Info

Publication number: PT104103A
Application number: PT104103A
Authority: PT
Inventors: Jose Carlos Caldeira Pin Sousa; Rui Diogo Da Costa Gama Rebelo; Pedro Miguel Da Cruz G Ribeiro; Fernando Augusto Guedes; Luis Miguel Moreira Guardao; Paulo Jorge Da Rocha E Marques; Manuel De Sousa Resende Pinho
Original assignee: Inesc Porto Inst De Engenharia; Lima & Resende Lda
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2008-06-16
Publication date: 2009-12-16
Also published as: EP2135823A1; PT2135823E; EP2135823B1; ATE550271T1; PT104103B

Abstract

O PRESENTE INVENTO CONSISTE NUM SISTEMA AUTOMATIZADO DE MOVIMENTAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE PRODUTOS EM CURSO DE FABRICO E REFERE-SE A UM SISTEMA MODULAR MULTI-ANEL COM SISTEMA DE ULTRAPASSAGENS QUE PERMITE ABASTECER DE FORMA FLEXÍVEL E AUTOMATIZADA OS POSTOS DE TRABALHO PERMITINDO A FABRICAÇÃO EM SIMULTÂNEO DE PRODUTOS COM GAMAS OPERATÓRIAS DIVERSAS SEM ESTRANGULAMENTOS OU PERDAS DE PRODUTIVIDADE. O SISTEMA É BASEADO NUMA ESTRUTURA MODULAR, (FIG.1) CONSTITUÍDA POR MÓDULOS DE CURVA (1), MÓDULOS DE POSTO DE TRABALHO (2), MÓDULOS DE RECTA (3 E 8), MÓDULOS DE TRANSFERÊNCIA (4), MÓDULOS DE POSTO DE ASSOCIAÇÃO (5), PALETES (6), MÓDULOS DE INTERLIGAÇÃO ENTRE SECÇÕES (7), E UM CONJUNTO DE COMPONENTES COMPLEMENTARES, TODOS INTEGRADOS ARTICULADAMENTE ENTRE SI. TODO O SISTEMA É AINDA COMANDADO E GERIDO POR UM PROGRAMA DE SOFTWARE SUPORTADO POR PC E AUTÓMATO PROGRAMÁVEL QUE GARANTE A MOVIMENTAÇÃO E A DISTRIBUIÇÃO AUTOMATIZADA DOS PRODUTOS EM CURSO PELOS VÁRIOS POSTOS DE TRABALHO.

Description

1. DESCRIÇÃO 1

DESCRIÇÃO "Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho" Âmbito do invento 0 presente invento insere-se no domínio dos sistemas automatizados de movimentação e distribuição de apoio ao trabalho na planta fabril. 0 presente invento refere-se a um sistema modular multi-anel para abastecimento automatizado e flexível de postos de trabalho, em ambiente de produção contínua, o qual permite efectuar ultrapassagens entre postos de trabalho dispostos fisicamente de modo sequencial, permitindo a fabricação em simultâneo de produtos com gamas operatórias distintas dentro da mesma secção e/ou entre secções distintas, sem estrangulamentos ou perdas de produtividade. 0 sistema assim constituído foi especificamente desenvolvido para a movimentação e distribuição, par a par, de produtos em curso de fabrico nas secções de montagem e acabamento de calçado, podendo contudo ser aplicado a outras secções produtivas e a outros sectores industriais.

Antecedentes do invento

Tradicionalmente, as linhas de fabrico de calçado são organizadas em postos de trabalho sequenciais, suportadas 2 por transportadores mecânicos em carrossel dotados de movimento continuo, ou com variação de movimento, ou movimento com paragens temporizadas, os quais carregam e transportam par-a-par, obedecendo os pares a processos iguais ou similares entre si, fazendo-os passar sequencialmente junto de cada posto de trabalho de acordo com a gama operatória estabelecida e para a qual a sequência dos postos de trabalho foi previamente implementada fisicamente. Nesta situação, sempre que se verifica a mudança de um modelo, tal obriga ao reajustamento da sequência produtiva e ao redimensionamento dos operadores afectos a cada posto de trabalho como forma de ganhar produtividade e eliminar estrangulamentos, criando-se contudo, com estas mudanças as denominadas perdas de tempo por "mudança de set-up".

Ao longo do tempo e, sobretudo a partir da década de 90, a indústria em geral e em particular as indústrias ligadas à moda, tal como é exemplo a indústria do calçado em que posicionamos o presente invento, têm vindo a ser confrontadas com as alterações dos padrões dos consumidores, cujo grau de satisfação passa cada vez mais pela procura de produtos diversificados, diferenciados, ou mesmo personalizados, por contraposição ás anteriores grandes séries de produtos de modelos iguais ou similares que abasteciam os mercados. Esta situação tem vindo a exigir às empresas uma rápida necessidade da reformulação dos seus processos como forma de maximizar a sua flexibilidade produtiva. 3

Para responder a este desafio, os fornecedores de tecnologias foram incrementando o nivel tecnológico dos respectivos transportadores, incorporando neles, mais niveis de transporte, entre um a guatro níveis, como forma de permitir a inserção em produção simultânea, de até quatro tipos de modelos distintos e/ou incorporando-lhes também outras funcionalidades técnicas, designadamente funcionalidades operativas, como exemplo, fornos de reactivação, secadores, humidificadores e refrigeradores, como forma de encurtar o ciclo produtivo, reduzindo assim os tempos de set-up entre modelos com processos distintos de fabrico.

Deste tipo de soluções salientam-se os transportadores comercialmente designados por "Contact" e "Turbo Matic" da empresa Anzani (Itália), (www.anzanispa.it) que integram paragens temporizadas e um a quatro níveis de movimentação, podendo opcionalmente integrar alguns dos sistemas operativos referidos no parágrafo anterior.

Contudo, também estes sistemas já são hoje limitativos à flexibilidade das empresas que se vêm confrontadas com a necessidade de incorporar em produção simultânea uma muito elevada diversidade de modelos com processos de fabrico distintos, não existindo no estado da arte qualquer solução capaz de dar resposta a estas necessidades ou qualquer solução similar á solução objecto do presente invento.

Outra lacuna actualmente existente no mercado e que constitui uma limitação dos actuais sistemas de logística é o facto das suas funções estarem confinadas secção a secção não permitindo a interligação entre secções de fabrico 4 distintas e obrigarem, por isso, à criação de stocks intermédios entre secções, com as desvantagens, custos e perdas que lhes são inerentes.

No domínio da logística interna de apoio á produção fabril são ainda conhecidos outros tipos de sistemas mas que são vocacionados para a movimentação e distribuição de produtos agrupados em lotes de fabrico e colocados em caixas ou contentores, mas cujos sistemas não têm qualquer similaridade relativamente ao invento que se propõe, quer em termos técnicos e tecnológicos ou mesmo nos seus objectivos. Destes sistemas destacam-se a titulo exemplificativo os seguintes: PT 073.918 US 6.357.985 da Anzani, sistema armazenador distribuidor receptor com comando automático programável por fitas de distribuição por postos de trabalho independentes. US 6,230,872, da UNITED PARCEL, método e sistema para selecção de produtos usando uma matriz em células de transporte.

Também os próprios requerentes da presente invenção são detentores de outras tecnologias vocacionadas para estas áreas, das quais se destaca a patente PT 0509463 e PCT WO 2005/10279 pertencente ao INESC Porto, "sistema de distribuição e armazenamento temporário de unidades de transporte", bem como outras soluções que a Lirel correntemente comercializa mas as quais se incluem dentro das gamas de transportadores acima descritos e que em nada se assemelham á invenção alvo da presente patente. 5

Breve descrição dos desenhos A descrição detalhada do invento que se segue no ponto seguinte baseia-se nos desenhos anexos sem qualquer carácter limitativo. No desenho:

Fig.l - representa a configuração geral do sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho.

Fig.2 - representa a configuração de um módulo de curva; Fig.3 - representa a configuração de um módulo recta; Fig. 4 representa a configuração de um módulo de interligação entre secções; Fig. 5 representa a configuração do posicionamento do módulo de transferência no sistema; Fig. 6 representa a configuração de um módulo de transferência; Fig. 7 representa a configuração de uma palete de transporte; Fig. 8 - representa a configuração de um módulo de posto de trabalho; Fig.9 - representa a configuração de um sistema de travão >; Fig.10 - representa a . configuração de um módulo de posto de associação;

Descrição detalhada do invento 6

Por referência à figura 1 o presente invento diz respeito a um sistema para movimentação e distribuição automatizada de produtos em curso de fabrico, em movimentação unitária, ou par-a-par como no caso do calçado, para apoio ao trabalho na planta fabril. 0 sistema é constituído por uma estrutura modular que consiste na interligação de vários anéis, um anel exterior e vários anéis interiores, dotados de movimentação contínua articulada entre si, permitindo o abastecimento automatizado, flexível e contínuo dos postos de trabalho. A estrutura modular assim definida é constituída pela conjugação de várias tipologias de módulos, designadamente os módulos de curva (1), que constituem as extremidades do sistema e que se ligam a módulos de recta (3 e 8), módulos de posto de trabalho (2), módulos de transferência e seu posicionamento no transportador (4), módulos de posto de associação (5), as paletes de transporte (6) e módulos de interligação entre secções (7), todos devidamente integrados e articulados entre si constituindo a estrutura base do sistema. 0 sistema integra ainda um programa de software suportado em PC e autómato programável que garante que todo o conjunto execute a movimentação e distribuição automatizada dos produtos em curso de fabrico pelos vários postos de trabalho permitindo movimentações e abastecimentos entre postos não sequenciais.

Com referência a cada uma das figuras apresentadas, explicita-se de seguida em detalhe o funcionamento do 7 sistema bem como a função de cada um dos respectivos módulos que o constituem.

Assim, em referência à figura 2, um módulo curva é constituído por dois sistemas de correntes de transporte que efectuam uma semicircunferência de 180 graus, duas correntes para o anel interior (9) e outras duas para o anel exterior (10), as quais, quando em rotação, possibilitam inverter 180 graus o movimento das paletes na direcção da rotação e cuja motorização é garantida pelo motor (11).

Em referência à figura 3, um módulo recta é constituído por uma estrutura de suporte a um sistema de correntes de distribuição do anel interior (12,13) e do anel exterior (14, 15) que, quando em rotação, possibilitam o movimento de paletes na direcção da rotação; uma calha instalada na parte inferior (17) permite a passagem da cablagem para alimentação das máquinas dos postos de trabalho, e outra calha lateral (16) serve para transportar a cablagem de controlo do sistema.

Em referência à figura 4, um módulo de interligação é constituído por dois sistemas de correntes transportadoras que efectuam uma semicircunferência de 180 graus fechando dois anéis interiores (19, 20, 21), possibilitando assim inverter 180 graus o movimento das paletes na direcção da rotação nos anéis interiores. No que se refere aos anéis exteriores este módulo é constituído por suportes a um sistema de correntes (18, 22) que, quando em rotação, 8 possibilitam o movimento de paletes na direcção da rotação enviando e recebendo paletes entre secções de fabrico.

Em referência à figura 5, o módulo de transferência (24) é posicionado numa estrutura colocando-o por forma a ligar os dois sistemas de correntes do anel exterior e interior. 0 posicionamento do módulo de transferência é sempre antecedido de dois travões (25, 26) com leitores RFID (27,28); estes leitores efectuam a leitura de tag RFID nas paletes e após a tomada de decisão pelo sistema de gestão, o travão correspondente liberta a palete que segue para o módulo de transferência.

Em referência à figura 6, o módulo de transferência possui duas fotocélulas (29, 32) que detectam a chegada de uma palete, por ordem do sistema, a palete pode seguir em frente, sem acção por parte do módulo de transferência. Se a palete tem que mudar de anel, o módulo eleva-se acima da cota das correntes transportadoras por acção do cilindro pneumático (31) e os rolos (30) rodam no sentido necessário à movimentação, para o interior ou para o exterior. A fotocélula (29 ou 32) detecta o final do movimento transversal da palete e o módulo desce abaixo da cota das correntes transportadoras possibilitando à palete prosseguir no sentido longitudinal do transportador e assim concluir a transferência da palete entre o anel exterior e interior ou vice-versa.

Em referência à figura 7, uma palete é constituída por uma base (37) em material não metálico onde é instalada uma tag RFID (35) . Na base é instalado um suporte (36) de pequenos 9 bordos em caixa aonde são colocados os componentes em fabrico de forma a não caírem com a movimentação. Dois barramentos laterais (34), com sistema de ajuste em altura, integram um suporte (33) para colocar as formas e as gáspeas de diferentes alturas, sapatos ou botas de cano alto, em curso de fabrico.

Em referência à figura 8, um módulo de posto de trabalho é constituído por um travão (40), uma fotocélula (38) e um leitor RFID (39). Este módulo é colocado no anel exterior no meio do sistema de correntes e pode ser facilmente movimentado ao longo do anel exterior de forma a ajustar-se à posição do posto de trabalho. Quando uma palete chega ao travão do posto, através do sistema de correntes, ela é identificada através da leitura da tag na palete ou é identificada automaticamente através de um sistema de software gestão do sistema; o módulo do posto de trabalho verifica se a próxima operação da gama operatória da palete é executada ou não nesse posto. Se a operação seguinte não for executada nesse posto a palete avança automaticamente sem ser necessária a intervenção do operador. Se a operação seguinte for executada no mesmo posto a palete fica retida no travão até o operador carregar no botão de fim de operação (41) ou, mediante configuração, a palete pode avançar automaticamente sem intervenção do operador após o tempo previsto para a execução da operação. Uma lâmpada (42) de luz intermitente informa o operador no decorrer da execução da sua operação, caso o respectivo tempo de operação previsto tenha sido ultrapassado. 10

Em referência à figura 9, o módulo travão é constituído por um suporte (44) que possibilita a sua colocação ao longo do transportador, um leitor de RFID (43), uma fotocélula (45) que detecta a palete e uma alavanca (46) que é accionada pneumaticamente e que segura ou liberta a palete.

Em referência à figura 10, um módulo de posto de associação é constituído por um travão (49) com uma célula (47), um leitor RFID(48), botões de associação (51,52,53) que indicam ao sistema de gestão qual a gama operatória a escrever na palete e um botão (50) que permite colocar o sistema em funcionamento manual ou automático.

Uma palete chega ao módulo de associação colocada manualmente pelo operador ou automaticamente através do anel externo. Os postos de trabalho pelos quais a palete vai passar são definidos no sistema em função da respectiva gama operatória, dos equipamentos em cada posto e da polivalência dos operadores. A escrita no sistema de automação ou na tag da informação referente ao lote de produção colocado na palete é efectuada premindo o respectivo botão no posto de associação pelo operador ou através do computador de gestão. No final da associação a palete movimenta-se até ao próximo posto ou até à próxima transferência, dependente da configuração actual do sistema de movimentação. Também é possível no posto de associação, através de um botão, utilizar o sistema em modo manual, isto é, é escrita na palete uma gama operatória que obriga a palete a movimentar-se unicamente pelo anel exterior parando em todos os postos de trabalho. 11

Após a chegada de uma palete a um posto, o sistema de automação verifica através da leitura da tag ou através de sistema de gestão de buffers se a próxima operação da palete é executada ou não no posto de trabalho. Se a próxima operação não for executada no posto a palete avança automaticamente para o passo seguinte. Se a próxima operação for executada no posto a palete fica retida no travão. 0 operador retira o trabalho da palete e executa as operações previstas no seu posto de trabalho. Após a conclusão do trabalho existem duas formas de indicar ao sistema a conclusão do mesmo. A forma manual implica que o operador sinalize o fim da operação ao sistema através de um botão ou, alternativamente, de uma forma automática o sistema, após a conclusão do tempo previsto para a operação, dá a ordem de conclusão da operação. Os postos estão afastados uns dos outros de forma a permitir que seja gerado um stock entre eles. Após a primeira palete chegar ao posto, as seguintes fazem fila gerando automaticamente um stock. Quando a palete em trabalho avança a primeira palete do stock passa para palete em trabalho no posto. Mediante a configuração do layout do sistema logístico a palete seguirá depois para um posto, e o procedimento será o descrito anteriormente, ou seguirá para uma transferência. As paletes podem chegar a uma transferência pelo anel exterior ou pelo anel interior. Quando chegam pelo anel exterior o sistema verifica se o próximo posto da palete se encontra entre a referida transferência e a próxima transferência. Se sim, a palete é enviada pelo anel exterior para o próximo posto, salvo excepção em operações do tipo secagem onde a palete é enviada para o anel 12 interior. Se não, o sistema verifica a existência de paletes já em movimento no anel exterior até à transferência seguinte e, se pelo menos uma das paletes em movimento no anel exterior executar uma operação num dos postos, a palete é enviada para o anel interior; caso as paletes em movimento não executem operações nos postos então a palete é enviada pelo anel exterior. Quando a palete chega à transferência vinda do anel interior, o sistema verifica se o próximo posto se encontra entre a referida transferência e a próxima transferência. Se sim, a palete é enviada para o anel exterior caso tenha lugar no posto de destino; caso contrário fica a aguardar no travão da transferência até ter um lugar vazio no destino. Se não, a palete continua no anel interior.

Após a conclusão de todas as operações nos postos contíguos ao anel interior as paletes são enviadas do anel exterior para o anel interior por forma a utilizar o anel interior como stock intermédio entre secções de fabrico. Um algoritmo específico a cada uma das secções de fabrico agrupa as paletes segundo alguns critérios, nomeadamente cor, prioridade, ordem de fabrico, para optimizar a produção da secção seguinte.

No final de todas as operações a palete vazia é enviada directamente para o posto de associação, reiniciando todo o processo ou caso o posto de associação esteja cheio, a palete é enviada para o anel interior para ser armazenada. 13

Para além da configuração apresentada na figura 1, existem um conjunto de outras configurações dependendo do número de postos de trabalho e rotas de fabrico.

Arrifana, 16 de Junho, 2008

Claims

2. REIVINDICAÇÕES 1 REIVINDICAÇÕES 1. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho caracterizado por uma construção de base modular constituída por uma conjugação de módulos de tipologias diversas, designadamente módulos de curva (1), módulos de posto de trabalho (2), módulos recta (3 e 8), módulos de transferência (4), módulos de posto de associação (5), paletes (6), módulos de interligação entre secções (7), interligados entre si, podendo ser acoplados tantos módulos quantos o dimensionamento pretendido, e cujo conjunto dá origem a uma estrutura em anel constituída por um anel exterior e vários anéis interiores, dotados de movimento continuo articulado entre si.
2. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estrutura em anel resultante da conjugação dos vários módulos permitir a movimentação das paletes (6) ao longo dos anéis, abastecendo postos de trabalho sequenciais ou não sequenciais, permitindo ultrapassagens entre eles e abastecendo em contínuo e de forma automatizada cada um dos postos.
3. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de curva (1) ser constituído por uma estrutura semicircular que suporta dois sistemas de correntes de transporte, duas correntes para o anel exterior e duas para o anel interior, que permitem a movimentação das paletes (6) para o anel exterior ou para os anéis interiores. 2
4. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os módulos recta (3) e (8) serem constituídos por uma estrutura que suporta correntes transportadoras, suporta os módulos de transferência (4) e os módulos postos de trabalho (2), permitindo movimentar as paletes (6) entre postos de trabalho, sequenciais ou não sequenciais, e permitindo dimensionar as quantidades de cada posto de trabalho e definir a organização do transportador.
5. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o módulo de interligação entre secções (7) ter como objectivo fechar dois anéis interiores e fazer a interligação entre duas secções de fabrico, sendo os anéis interiores constituídos por dois sistemas de correntes transportadoras dispostas em semicircunferência fechando os dois anéis e possibilitando inverter o movimento das paletes na direcção da rotação das correntes e, o anel exterior integrar também um sistema de correntes que, quando em rotação, movimenta as paletes na direcção da rotação enviando-as e recebendo-as entre secções de fabrico.
6. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1 e 4, caracterizado por a ligação entre o anel exterior e os anéis interiores ser efectuada através do posicionamento dos módulos de transferência (4) numa estrutura, os quais ligam os dois sistemas de correntes do anel exterior e interior, sendo o módulo de transferência sempre antecedido de dois travões com leitores que identificam a palete (6), e, após tomada de decisão pelo sistema de gestão, o travão 3 correspondente liberta a palete, que segue para o módulo de transferência.
7. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com as reivindicações 1, 4 e 6, caracterizado por o módulo de transferência (4) ser constituído por um sistema de rolos que integra duas fotocélulas que detectam a chegada de cada palete (6) e, por ordem do sistema, ela segue para o posto seguinte ou, se tiver que mudar de anel, o módulo eleva-se acima da cota das correntes transportadoras por acção de um sistema pneumático movimentando as paletes para o anel interior ou exterior e, quando a fotocélula detecta o final do movimento da palete, o módulo desce abaixo da cota das correntes transportadoras possibilitando a palete prosseguir a sua transferência entre anéis.
8. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as paletes (6) incorporarem um sensor integrado na estrutura da base o qual permite ao sistema identificar o posicionamento de cada palete e definir o seu encaminhamento para o posto de trabalho seguinte, disposto em qualquer ponto do anel.
9. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com as reivindicações 1 e 4 caracterizado por o módulo de posto de trabalho (2) ser constituído por um sistema de travagem que detecta e faz parar as paletes no posto de trabalho, integrar um painel com botão para aviso de fim de operação e, integrar um sinalizador luminoso de aviso de excesso de tempo, sendo este módulo posicionado no anel exterior no meio do sistema de correntes podendo ser facilmente movimentado ao longo do 4 anel, ajustando-se á posição do posto de trabalho físico do operador.
10. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1 e 4, caracterizado por o módulo de recta (3) e (8) integrar um sistema de travão constituído por um suporte que pode ser aplicado em qualquer ponto da secção recta do transportador, uma alavanca de accionamento pneumático que permite fixar a palete, um sensor que detecta a palete e, opcionalmente, um leitor que permite identificar a palete.
11. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o Módulo de posto de associação (5) integrar um dispositivo que permite identificar a palete, um sistema de travagem que permite parar a palete no posto de trabalho e, integrar um painel com botões previamente configurados com a gama operatória que estabelece a rota de fabrico a seguir.
12. Sistema de distribuição e armazenamento temporário de unidades de transporte, de acordo com as reivindicações 1 e 11, caracterizado por integrar pontos de associação, pontos estes que constituem locais onde um lote de materiais é associado a uma unidade de transporte para que este conjunto seja reconhecido e tratado pelo sistema até ao momento em que todas as operações previstas para realizar nos postos de trabalho estejam concluídas.
13. Sistema modular multi-anel para abastecimento flexível de postos de trabalho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ter associado um programa baseado em computador e/ou autómato programável responsável por gerir, 5 monitorizar, escalonar e balancear o sistema, considerando a informação do trabalho a realizar em cada palete designadamente gama operatória, tempos previstos de operação, quantidade e identificação do modelo, informação esta obtida na operação de associação da palete ao seu conteúdo. Arrifana, 16 de Junho, 2008