Inovação

Produção inteligente: como a Audi está a desenhar a produção do futuro

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A Audi está a instalar uma produção totalmente em rede, altamente eficiente e sustentável. O objetivo é contruir uma cadeia de valor resiliente, ágil e flexível para enfrentar com sucesso os desafios futuros. Estes incluem uma diversidade crescente de variantes, a transição para mobilidade elétrica, a situação de abastecimento cada vez mais volátil, e incertezas políticas. "Estamos a utilizar sinergias e a olhar para a produção como um todo - do trabalhador ao ciclo totalmente automatizado", diz Gerd Walker, Membro do Conselho de Administração da Produção e Logística. "Estamos a digitalizar especificamente no quadro cultural de inovação aberta. Estamos a assegurar a criação eficiente de valor e a tornar possível a utilização flexível e eficiente de recursos e capacidades."

Quais são as vantagens da montagem modular sobre a produção da linha de montagem?

A linha de montagem tem vindo a marcar o ritmo na produção automóvel há mais de um século. Neste momento está a atingir o limite. Numerosos derivados e opções de individualização estão a tornar os produtos cada vez mais variados. Num processo rígido e sequencial, essa complexidade é cada vez mais difícil de dominar. "A montagem modular é uma das nossas respostas aos desafios futuros", diz Gerd Walker. "Estamos a utilizar tecnologias digitais específicas para benefício dos nossos empregados, obtendo simultaneamente um processo de montagem mais flexível e eficiente". No Laboratório de Produção Audi, a equipa do Diretor de Projeto, Wolfgang Kern, está a preparar a montagem modular para a produção em massa.

Numa fase inicial, a Audi está a implementar o conceito na pré-montagem de painéis de portas interiores na fábrica de Ingolstadt. Na operação de teste, o trabalho já não segue uma sequência uniforme. Em vez disso, responde a necessidades particulares. Os veículos guiados automatizados (AGV) levam os painéis de portas diretamente para a estação onde os componentes são montados. "Ao reduzir o tempo de produção através de uma orientação para a criação de valor e piloto automático, podemos aumentar a produtividade até 20 por cento em alguns casos", diz Kern. Além disso, podemos ligar a montagem modular a etapas de produção específicas. Por exemplo, agora, um único trabalhador pode instalar persianas solares completas. Esta função costumava exigir dois ou três trabalhadores devido aos tempos de processamento pré-definidos numa linha de montagem. Outra grande vantagem do sistema flexível: a Audi pode empregar pessoas que já não podem trabalhar na linha de montagem devido a limitações físicas. Os pilotos de série estão a produzir conhecimentos valiosos e permitem aos engenheiros derivar aplicações em série. O próximo passo para o Diretor de Projetos Kern e a sua equipa é integrar a montagem modular a uma escala maior na pré-montagem.

 

Em termos de produção, como é que a Audi está a utilizar as tecnologias virtuais para influenciar os processos de design e desenvolvimento?

Os vários designs e variantes de equipamento de um modelo podem ser examinados rapidamente e eficientemente em diferentes ambientes e condições de iluminação, utilizando representações virtuais. Um objetivo urgente é fazer entrar o design na produção com o menor número possível de cortes e colocá-lo na estrada para os clientes. Para o efeito, os especialistas analisam os projetos de design desde a fase inicial de desenvolvimento de um modelo até ao lançamento das ferramentas, para ver se os podem reproduzir na produção em série. A aprovação final das superfícies dos automóveis vem naquilo que é conhecido como fase de controlo de dados.

As ferramentas mais importantes para o fazer são os grandes ecrãs, conhecidos como powerwalls, que nos permitem retratar um automóvel no seu tamanho original. Em combinação com o cluster de visualização - um cluster de computadores com um total de 26.000 CPUs - os automóveis podem ser apresentados de forma realista e com cálculos de luz, sombra e reflexão de base física. Este processo é a base para o processo virtual de tomada de decisão. Juntamente com a visualização da powerwall, a Audi está a utilizar cada vez mais ecrãs montados na cabeça. A principal vantagem desse método é que permite aos especialistas experimentar modelos virtuais na perspetiva do cliente. Como este sistema especial de realidade virtual pode funcionar com hardware e software standard, pode ser instalado de forma rápida e flexível. Muitas pessoas podem utilizá-lo, e pode ser facilmente recriado noutras localizações em todo o mundo.

Esta tecnologia também é utilizada na gestão da tolerância. Desta forma, a Audi garante que pode construir um modelo particular a partir de uma perspetiva tanto construtiva como qualitativa. Com simulações 3D da carroçaria, os efeitos das tolerâncias de componentes e de montagem podem ser previstos na imagem do veículo. Os resultados da simulação são então visualizados de forma realista utilizando a realidade virtual. Desta forma, os especialistas da Audi Production podem influenciar o design e o desenvolvimento independentemente do tempo e do lugar, praticamente sem custos adicionais e, pela primeira vez, a partir do local de produção.

 

Quais são os benefícios essenciais do planeamento de montagem virtual na produção inteligente?

O planeamento de montagem virtual não só poupa recursos materiais como também torna possível uma colaboração inovadora e flexível em diferentes locais. Elimina a necessidade de construir protótipos no processo de planeamento. Um processo de digitalização gera clouds de pontos tridimensionais que podem ser utilizados para inverter virtualmente a engenharia de máquinas e infraestruturas. O software é baseado em inteligência artificial e aprendizagem de máquinas. Torna possível aos funcionários da Audi percorrer virtualmente as linhas de montagem. A Volkswagen Industrial Cloud dá-lhes uma ferramenta eficiente que lhes permite, por exemplo, comparar localizações e utilizar soluções apropriadas de outras linhas de produção no seu planeamento.

Neste momento, a Audi está a trabalhar com a NavVis para testar o cão robot Spot para que possam fazer as digitalizações 3D da forma mais eficaz possível. Cerca de quatro milhões de metros quadrados e 13 fábricas têm estado envolvidas desde que a digitalização do espaço começou em 2017. A digitalização de 100.000 metros quadrados - por exemplo, na produção do Audi A6 em Neckarsulm - leva cerca de três semanas em operação de turno único. As digitalizações só podem ser feitas à noite ou aos fins-de-semana. Para além disso, obstáculos estruturais, como degraus e portas, tornam o trabalho de digitalização mais difícil.

Em contrapartida, o cão robot Spot, pode fazer esse scanning em 48 horas e descobrir o percurso de forma autónoma. A Audi tem vindo a testar intensamente o Spot desde dezembro de 2021. "Os resultados dos testes são extremamente promissores e podem ser atualizados regularmente", afirma o Diretor do Projeto, André Bongartz. "Os dados de entrada estão constantemente a chegar, e podemos utilizá-los no planeamento de novos modelos de automóveis". É possível integrar qualquer gama de scans 3D nas imagens virtuais, pelas quais a equipa de Andrés Kohler é responsável. "A fusão de todos os dados de planeamento no nosso duplo digital deu-nos uma visão global dos nossos planos de produção futuros anos antes do tempo", explica Kohler. Tal como numa fábrica real, inclui o chão de fábrica, tecnologia de transporte, ferramentas, prateleiras, e contentores, juntamente com o novo modelo Audi.

As sequências de montagem e os aspetos logísticos são feitos e otimizados, na sua maioria, por equipas interdisciplinares no que é conhecido como oficinas de processo 3D. Graças ao duplo digital e a uma solução interna, a Audi explora os benefícios da digitalização e visualização. Estes incluem os dados de componentes que são atualizados diariamente e uma visualização de várias variantes de automóveis. "Acima de tudo, olhamos para a produção a pensar no futuro, de como virá a ser como um todo", explica Andrés Kohler. Sublinha que a colaboração continua a ser um elemento central: "Fico sempre fascinado quando colocamos os óculos VR e conhecemos os nossos colegas como avatares no mundo virtual. Primeiro, construímos lá o nosso novo Audi ou olhamos para um avatar criado por um computador e para a forma como se aplica numa simulação em tempo real. E quando necessário, enquanto estamos lá juntos, discutimos e otimizamos as sequências e o ambiente de trabalho, por exemplo, como criar materiais nas quais as ferramentas são necessárias."

 

Como é que a Audi é capaz de poupar energia na produção?

A energia que o espaço Audi em Ingolstadt consome num ano é equivalente à quantidade que toda a cidade utiliza. Os dados e a análise de dados são ferramentas essenciais para poupar energia. A ferramenta Energy Analytics que a Audi desenvolveu internamente ajuda a tornar a produção sustentável, conservando ao mesmo tempo os recursos. Permite-nos apontar o elevado consumo de energia na produção e durante os tempos de não produção. Em primeiro lugar, os especialistas. Por exemplo, recolhem dados de veículos e componentes completos, dados de energia de cabines de pulverização ou pistolas de soldadura, e informações sobre o consumo a partir da iluminação e ventilação dos edifícios. No passo seguinte, tornam o consumo de energia transparente para os responsáveis energéticos, que podem utilizá-lo para analisar a sua utilização de energia. Se as necessidades energéticas excederem os limites de tolerância previamente definidos, podem avaliar as causas e tomar medidas para reduzir o consumo durante a produção ou mesmo reduzir a carga de base nas áreas de produção. Em 2021, a Audi foi capaz de utilizar a Análise Energética e melhorias de processo para poupar cerca de 37.000 MWh nas suas instalações de Ingolstadt.

 

Como e onde está a Audi a utilizar inteligência artificial na produção?

A inteligência artificial e a aprendizagem de máquinas são tecnologias centrais na transformação digital e na produção moderna da Audi. Um algoritmo de inteligência artificial na secção de estampagem de Ingolstadt ajuda a identificar falhas nos componentes. Este procedimento é suportado por software baseado numa rede neural artificial. O próprio software identifica as mais pequenas falhas e marca-as de forma fiável. A solução baseia-se numa aprendizagem profunda, um tipo especial de aprendizagem de máquina que pode funcionar com volumes de dados não estruturados e de alta dimensão. A equipa utilizou vários milhões de moldes de teste para treinar a rede neural artificial ao longo de meses. Esta base de dados inclui vários terabytes destas imagens das prensas das fábricas da Audi e das várias fábricas da Volkswagen.

Num outro projeto piloto, a Audi utiliza a inteligência artificial para verificar a qualidade das soldaduras pontuais na produção de alto volume na fábrica de Neckarsulm. São necessários cerca de 5.300 pontos de soldadura para unir os componentes da carroçaria de um Audi A6 uns aos outros. Até agora, o pessoal de produção tem utilizado análises aleatórias de ultrassom para controlar a qualidade da soldadura por pontos de resistência (WPS abreviado em alemão). Como parte do projeto piloto WPS Analytics, os especialistas utilizam a inteligência artificial para detetar anomalias de qualidade automaticamente e em tempo real. Atualmente, o algoritmo, o painel de controlo e a aplicação de análise de qualidade profunda são todos utilizados para construir a carroçaria do A6 e A7. Trata-se de um projeto para outras aplicações na produção em rede.

 

O que está por detrás do conceito do Edge Cloud 4 Production?

Com a solução de servidor local Edge Cloud 4 Production, a Audi está a iniciar uma mudança de paradigma na automatização da fábrica. Depois de testes bem-sucedidos no Laboratório de Produção da Audi (P-Lab), três servidores locais irão assumir o apoio dos trabalhadores no Böllinger Höfe. Na produção em Neckarsulm, o Audi e-tron GT quattro e o R8 partilham uma linha de montagem. As séries em pequena escala aí produzidas estão adequadas para testar projetos do laboratório P-Lab e experimentar coisas para séries em grande escala. A Audi quer ser o primeiro fabricante do mundo a recorrer a este tipo de soluções centralizadas de servidores em produção dependente do ciclo. Se a infraestrutura de servidores continuar a funcionar de forma fiável, a Audi quer implantar esta tecnologia de automação - a única do género no mundo - para a produção em série no grupo todo.

Com o Edge Cloud 4 Production, apenas alguns servidores centrais e locais assumirão o trabalho de inúmeros e dispendiosos computadores industriais. A solução de servidor permite nivelar os clientes virtualizados através do número total deles - uma utilização de recursos muito mais eficaz. A produção será economizada, particularmente no que diz respeito à implementação de software, mudanças no sistema operativo e despesas relacionadas com Tecnologias de Informação (TI). "O que estamos a fazer aqui é uma revolução", diz Gerd Walker, Membro do Conselho de Administração da AUDI AG Produção e Logística. "No passado, tínhamos de comprar hardware quando queríamos introduzir novas funções. Com a Edge Cloud 4 Production, só compramos aplicações sob a forma de software. Este é o passo crucial para a produção baseada em TI."

 

De onde vêm as novas ideias para a futura produção digital?

A Audi trabalha em estreita colaboração com a Universidade Técnica de Munique e o Instituto Fraunhofer de Engenharia e Organização Industrial (IAO) em digitalização no campus educacional em Heilbronn. A "Automotive Initiative 2025" da Audi (AI25) visa estabelecer a rede líder mundial de conhecimentos especializados para a transformação e inovação digital de fábricas. A AI25 vê-se a si própria como um gerador de ideias e um componente importante da transição para o digital. A fábrica da Audi em Neckarsulm desempenhará um papel central como fábrica piloto para a transformação digital do Grupo Volkswagen. O laboratório da vida real do Böllinger Höfe desempenha um papel vital nesse sentido. Além disso, a Audi utiliza o seu Laboratório de Produção em Gaimersheim para identificar tecnologias novas e inovadoras e integrá-las de forma fiável nas sequências de produção. Os especialistas testam a aplicabilidade de novas soluções para a produção em série num estreito diálogo com os utilizadores.