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Automação industrial – novas tecnologias para acelerar a modernização do parque fabril

Imprescindível para as indústrias que buscam maior competitividade num mercado globalizado e cada vez mais exigente de soluções eficientes, a automação industrial é decisiva para acelerar a modernização do parque fabril em todas as etapas de produção. Ela introduz no chão de fábrica a necessidade de adoção de novas tecnologias, capazes de proporcionar mais eficiência, produtividade, exatidão, qualidade e segurança, além de contribuir com a redução de custos e eficiência energética.

Por isso, reunimos na seção “Automação Industrial”, da Revista NEI de novembro/dezembro de 2016, algumas novidades em automação industrial pesquisadas nos mercados nacional e internacional que podem ajudá-lo a incrementar os processos produtivos de sua empresa.

Para conhecer as novas soluções apresentadas na edição de nov/dez da Revista NEI, incluindo as de automação industrial, acesse a seção “Lançamentos de Produtos” do NEI.com.br, clicando aqui.

 

Panorama da automação industrial

Os modos de produção vêm se transformando nos últimos anos, impactados pelos avanços da quarta revolução industrial.  Segundo Renato Ely Castro, professor da Faculdade SENAI de Tecnologia de Porto Alegre/RS, a Indústria 4.0 está associada a um novo modelo de negócio que, no âmbito da automação, demanda capacidades de operação em tempo real, virtualização dos processos, distribuição (descentralização) das funções de controle, orientação a serviços, “eficientização” dos processos produtivos, estruturação e modularização das aplicações, ou seja, produzir mais, melhor, mais rápido e com menos impacto energético. O tema eficiência energética, de acordo com o professor, está em evidência e a automação desempenha importante papel nesse contexto.

Nessa área, as inovações acontecem com rapidez. Renato Ely destaca o crescimento consistente da rede Ethernet Industrial que, por sua natureza padronizada, aberta e com múltiplos fornecedores, facilita a monitoração e o controle de processos, otimizando o tempo de produção. Com o avanço da Internet das Coisas no meio industrial, cresce em importância a automação baseada em PC (IPC), afirma o docente, agregando novas possibilidades ao já consagrado controlador programável (PLC), como, por exemplo, maior flexibilidade, conectividade e desempenho, mídias variadas de armazenamento e novas soluções de interfaces de operação (HMI).

No âmbito do desenvolvimento de programas aplicativos, Renato Ely ressalta o conceito de programação modularizada e estruturada preconizado pela IEC 61131, que enfatiza o uso de blocos funcionais (FBs), facilitando a reutilização, portabilidade e validação da aplicação, incluindo a redução no tempo de comissionamento dos sistemas.

O avanço das novas tecnologias aplicadas à automação industrial também vai exigir profissionais bem preparados. O perfil do engenheiro que trabalha nessa área, por exemplo, deve ser multidisciplinar, como sugere o professor, agregando competências que incluem a gestão (liderança) de projetos de sistemas automatizados, o conhecimento das novas tecnologias, tanto de hardware quanto de software, e a busca de soluções inovadoras em automação industrial. Sem contar, é claro, do domínio de ferramentas de tecnologia da informação e comunicação (TIC).


Conheça novas soluções para incrementar processos produtivos e atender as exigências da Indústria 4.0

Por acelerar a capacidade de produção, contribuindo para a modernização tecnológica do parque fabril, a automação é essencial para as indústrias que planejam otimizar sua manufatura e obter maior eficiência e qualidade e menores custos. Esta seção reúne novas soluções pesquisadas nos mercados nacional e internacional. Muitas delas já estão alinhadas à Indústria 4.0 – chamada também de Quarta Revolução Industrial –, novo conceito que apresenta uma evolução dos sistemas produtivos atuais a partir do uso de redes inteligentes, Internet das Coisas e Big Data.

Esse tem sido o foco dos debates em todo o mundo, pois os benefícios da Indústria 4.0 estão relacionados ao aumento de produtividade, redução de custos, melhoria da qualidade, aumento da segurança e precisão, economia de energia, fim do desperdício e personalização, essenciais para enfrentar a intensa concorrência mundial.

“Na Indústria 4.0, os setores de produção e automação crescem juntamente com as tecnologias da informação e da comunicação”, contou Fabrício Junqueira, docente e membro do Laboratório de Sistemas de Automação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. “Nesse novo cenário, a fábrica está interconectada, comandando a si mesma, como exemplos: comunidades de máquinas se organizam, cadeias de suprimentos se coordenam automaticamente e produtos inacabados enviam dados necessários para as máquinas que vão transformá-los em mercadoria. Não é mais a produção rígida que determina o produto fabricado de maneira igual, mas, sim, a peça isolada – produto inteligente – que decide seu caminho na produção.” A chave para isso é a integração de softwares, sensores, processadores e tecnologias de comunicação via sistemas ciber-físicos (Cyber-Physical Systems).

Para aprofundar o tema, a equipe de reportagem de NEI também conversou com Roberto dos Santos, gerente regional de produtos para as Américas da Festo Brasil, empresa mundial especialista no fornecimento de tecnologias de automação.

Como exemplo de produto, ele discorreu sobre as novas unidades para tratamento de ar comprimido que possibilitam diagnóstico via internet, podendo ser acessadas a milhares de quilômetros da planta onde estão instaladas, para detectar quedas súbitas de pressão ou vazamentos de ar. Mencionou também que já estão disponíveis módulos de eficiência energética que otimizam o uso de ar comprimido como energia, possibilitando medição, controle e diagnóstico, inclusive detectam aumento do consumo de ar comprimido no ciclo-padrão, que pode ser causado por fugas, e indicam quando a produção, em estado de espera, interrompe o fornecimento de ar comprimido a fim de evitar consumo desnecessário.

O gerente explicou ainda a Internet das Coisas na Indústria 4.0, em que objetos terão conexão direta com a internet, enviando e recebendo dados que auxiliarão na identificação de necessidades, otimização de recursos e tomada de decisões. “Máquinas poderão analisar dados e reajustar o processo para tornar-se mais eficientes, seguras e confiáveis”, disse Santos. “No caso de maquinário decisivo do processo necessitar de manutenção, o fluxo de produção determinado por algoritmos existentes nas máquinas será desviado para outras, que poderão compensar a deficiência.”

Implantando a Indústria 4.0 no Brasil

Segundo Carlos Cesar Aparecido Eguti, pesquisador e pós-doutorando do Centro de Competência em Manufatura – CCM/Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA, onde estuda o tema Indústria 4.0, a corrida para definir a Indústria 4.0 já começou, e o Brasil apresenta um panorama positivo porque tem parque industrial misto com empresas de origem europeia, norte-americana e outras. “De acordo com a Câmara de Comércio e Indústria Brasil-Alemanha, o Brasil é o país que mais possui empresas de origem alemã, são 1.200, e isso cria um alinhamento muito grande com os conceitos do Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH – DFKI, que cunhou o tema Indústria 4.0 em 2011”, contou. “Muitas empresas já estão formando clusters para debater esse tipo de ‘comunicação das coisas’, mas nada surpreende ainda. Com certeza a heterogeneidade de empresas no Brasil pode contribuir, mas ainda não temos uma frente de ação unificada para isso. De qualquer maneira, essa revolução agora passa por aqui e ainda temos chance de pelo menos participar disso.”

As três principais mudanças para a prática da Indústria 4.0 no País, na opinião do gerente da Festo, envolvem desafios tecnológicos, organizacionais e de capacitação.

Tecnológico: destaque para a infraestrutura adequada ao grande volume de dados necessários para a comunicação com clientes e fornecedores e entre equipamentos capazes de realizar o autoajuste do processo produtivo. A internet será o canal por onde trafegará toda a informação necessária para os processos de vendas, logística e produção.

Fabrício Junqueira complementou que será preciso uma infraestrutura similar à da Coreia do Sul, onde um usuário comum consegue contratar velocidades reais na casa dos Gigabits, ou seja, será necessário que as empresas disponibilizem infraestrutura para Terabits ou mais. “A Fapesp, por volta de 2002, lançou um projeto de pesquisa chamado TIDIA-KyaTera, que era nesse sentindo”, lembrou. Além disso, reforçou que, visto as empresas e os equipamentos necessitarem se comunicar via internet, é necessário garantir que não sofrerão ataques e que as informações trocadas entre eles não sejam acessadas por pessoas desautorizadas.

Organizacional: para a adaptação da produção às necessidades dos consumidores, as empresas necessitarão desenvolver novos modelos de negócio, em que a personalização de produtos e serviços será a regra, e a velocidade para atender o pedido será fator crítico para a competitividade, exigindo novas formas de trabalho com menor interferência humana e alta confiabilidade nos processos produtivos e logísticos. Com isso, novas regras serão necessárias para reger as relações de consumo, por exemplo, como tratar a devolução desses itens? Outra demanda organizacional está relacionada com a necessidade de se estabelecer inúmeros padrões técnicos que possibilitarão o fluxo de informação desde o cliente até as máquinas de produção; o estabelecimento desses padrões passa por um complexo e amplo processo de normalização de equipamentos, protocolos de comunicação, identificação de produtos, rastreabilidade, etc., que serão desenvolvidos a partir da cooperação de empresas, inclusive concorrentes.

Capacitação: necessidade de novos perfis profissionais nas diversas fases do processo, começando por vendas, os quais precisarão atuar como verdadeiros consultores dos clientes. Com isso, o conhecimento de necessidades passará a ser o diferencial competitivo. Na indústria, serão necessários especialistas em sensores, redes industriais, comunicação e tecnologia da informação. O processo logístico será personalizado e demandará planejamento ainda mais complexo e eficiente para atender pequenos pedidos em prazos menores.

Para Junqueira, a Indústria 4.0 é uma ótima oportunidade para pequenas e médias empresas, no entanto não dá mais para o governo negligenciar a educação. “Se não qualificarmos as pessoas – e isso vem do ensino fundamental –, não vamos conseguir acompanhar o resto do mundo industrializado e continuaremos sendo fornecedores de commodities”, declarou. “Já os empresários não podem esperar que o governo faça tudo. Por um lado, devem cobrar o governo, por outro, se engajar no processo de capacitação.”

Automação e robótica ganhando mais espaço

Com o objetivo de promover e ampliar a utilização de robôs e sistemas de automação nos processos de fabricação de pequenas, médias e grandes empresas, a Câmara Setorial de Máquinas-Ferramenta e Sistemas Integrados de Manufatura – CSMF da Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos – Abimaq formou o Grupo de Trabalho de Robótica e Automação.Empresas de automação, integradores de robôs, fabricantes de máquinas nacionais e filiais brasileiras das indústrias de robôs participam do grupo, além do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social – BNDES. Segundo a Abimaq, o banco tem interesse em desenvolver um programa dentro do ProBK que facilite a aquisição por meio de financiamentos para promover a melhoria dos processos nas linhas de montagem.

O uso de robôs na cadeia produtiva contribui para acelerar o processo de modernização de fábricas, automatizando os mais diversos tipos de aplicações. De acordo com a ABB, empresa mundial de tecnologias de energia e automação, as dez principais razões para investimentos em robôs são: aumento de produtividade, redução dos custos operacionais, melhoria da qualidade do processo, aumento da segurança do trabalho, maior flexibilidade na fabricação de produtos, redução do desperdício de material e aumento do rendimento, queda da rotatividade e dificuldade de recrutamento de trabalhadores, economia de espaço, diminuição dos custos de capital (ex. estoques) e melhoria da qualidade de trabalho para os funcionários.

Na edição de agosto, alguns robôs, como os colaborativos, podem ser vistos despontando como realidade tecnicamente amadurecida. Fazem parte de um novo conceito que ganha força e aos poucos é incorporado aos processos produtivos. Uma corrida tecnológica está em curso. É preciso se atualizar sobre o desenvolvimento de novas tecnologias e conhecer soluções inovadoras que possam contribuir para tornar os processos produtivos cada vez mais eficientes.

Carlos Cesar Aparecido Eguti escreveu exclusivamente para NEI um artigo sobre a evolução industrial do século XVIII até a Indústria 4.0.

 


Novos robôs trazem maior segurança e elevam desempenho dos processos

Entre as inovações para a indústria mecânica global estão novidades na área de robótica. Um dos exemplos é uma série de robôs redundantes, que contêm mais eixos que o robô comum, e com sentido sensorial para segurança, podendo operar de forma cooperativa em ambientes com humanos, informou Tarcisio Antonio Hess Coelho, coordenador e professor do curso de engenharia mecatrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP, doutor em engenharia mecânica e membro dos comitês técnicos Robotics e Multibody Dynamics da International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science.

Um modelo recém-lançado, com capacidade de carga de 7 ou 14 kg, é constituído por apenas um braço com sete eixos de movimentação e sofisticado controle de força, tornando eficiente e mais segura a interação com os operários. “Um parâmetro de desempenho desse robô é a relação entre a capacidade de carga e sua massa total que é de aproximadamente 0,5, o que normalmente, nos convencionais, é de 0,07”, comentou o docente. Também já estão disponíveis modelos de dois braços com sete eixos cada, que, além de trabalharem de forma cooperativa, são seguros para interagir com humanos.

Além dos redundantes e de interação intuitiva, o professor destacou que atualmente nota-se aumento da participação dos robôs manipuladores com estrutura mecânica paralela nos diversos setores produtivos, como automotivo, aeroespacial, alimentício e farmacêutico. “Esse tipo de estrutura permite a elevação do desempenho, principalmente em relação à velocidade de movimentação da ferramenta”, contou. Segundo ele, as garras de alguns alcançam 10 m/s, atingindo aceleração de 150 m/s2, sendo, portanto, adequados para operações de montagem, manuseio ou empacotamento.

E ainda há os modelos de cinco eixos, que possuem topologia híbrida combinando duas estruturas mecânicas, a paralela e a serial. “Em relação ao desempenho, têm volume de trabalho signi­ficativo, com repetitividade de 10 micrometros, adequada para operações de fresamento e soldagem por atrito”, disse Hess Coelho, completando que empresas dos setores automotivo e aeronáutico, como GM e Boeing, já utilizam essas máquinas tendo em vista sua capacidade de gerar componentes com geometria complexa.

De acordo com o docente, por enquanto poucas empresas no mundo, localizadas na Alemanha, Suécia, Japão e Estado Unidos, detêm a tecnologia para o desenvolvimento desses equipamentos. “Enquanto isso, nas universidades brasileiras diversas pesquisas são conduzidas para o desenvolvimento de robôs, com propósitos diversos, desde para atuar no setor industrial e exploração de petróleo até para reabilitação motora”, comentou o professor. “No entanto, o tempo para o desenvolvimento experimental normalmente é longo, uma vez que há dificuldades associadas à importação de motores, redutores e outros componentes especiais.”

Além dos robôs, especialistas em mecânica apontam as impressoras 3D de produtos metálicos como tendência no setor. Segundo Anna Carla Araujo, engenheira mecânica, professora do Departamento e Programa de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica e Coppe – Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro e pesquisadora de usinagem e processos fabris, até pouco tempo havia muita dificuldade para se realizar prototipagem rápida com metais, mas agora é uma realidade. Porém, de acordo com a docente, essa manufatura aditiva ainda enfrenta os desafios de qualquer novo processo, do desenvolvimento à fabricação das máquinas com custos menores e ao estudo das propriedades das peças acabadas e suas possibilidades. E acrescentou um destaque da impressão 3D: a colaboração com o meio ambiente. “A manufatura aditiva é uma tecnologia net shape, ou seja, produz a peça no formato final com mínimo de resíduo do processo”, disse Anna, alertando: “A sustentabilidade e a preservação ambiental estão em moda há muito tempo, mas não há uma preocupação real, por exemplo, no descarte de fluidos com óleo, reutilização da energia e adaptação de itens que poderiam ser aproveitados. Preferimos descartar e comprar novidades a transformar”.

Compartilha da mesma opinião sobre a tendência da impressora 3D para metal Eraldo Jannone da Silva, professor e pesquisador do Departamento de Engenharia de Produção da Escola de Engenharia de São Carlos da USP e doutor em engenharia mecânica, acrescentando outra novidade: centro de usinagem que combina o fresamento e a manufatura aditiva por deposição a Laser. Para Silva, como ainda há poucas máquinas de manufatura aditiva disponíveis no Brasil, seria conveniente lançar linhas de financiamento para esses produtos.

Para programar suas próximas compras, conheça aqui novidades da indústria mecânica pesquisadas pela Central de Geração de Conteúdo de NEI Soluções no Brasil e no mundo.

O Estudo de Intenção de Compras da Indústria Brasileira 2014/2015, realizado por NEI Soluções com uma parcela de leitores da Revista e usuários do NEI.com.br, revela que nos próximos meses cerca de 1.500 pro­fissionais da indústria pretendem investir mais de US$ 500 milhões na compra de máquinas, equipamentos e componentes industriais. As máquinas operatrizes e as especiais somam 31% dessas intenções de compras; componentes mecânicos representam 9%; equipamentos para fábricas, 7%; e acessórios e ferramental para máquinas, 8%. Em suma, 55% das intenções recaem sobre produtos relacionados ao setor mecânico.

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Os horizontes da Mecatrônica

4, julho, 2011 3 comentários

“Nunca se vendeu tanto robô como nos últimos três anos”. A afirmação de Edouard Mekhalian, diretor da Kuka Roboter do Brasil, em palestra no NEI International Industrial Conference & Show, reafirma que a Mecatrônica, uma das áreas mais novas da engenharia, tem permitido à indústria otimizar seus processos, tornando-os mais produtivos, rápidos e qualificados.

A complexidade dos processos industriais e a exigência por alta qualidade impulsionam o mercado de robótica. Para atender suas exigências, os fornecedores especializam-se cada vez mais, fabricando robôs com novo design, mais leves e sustentáveis. “A tendência é que os robôs sejam mais esguios, compactos e robustos. Além de proporcionar maior produtividade, as máquinas terão alta eficiência energética, garantindo uma dinâmica 20% maior comparada com a dos robôs atuais”, declarou o diretor da Kuka.

Mekhalian disse ainda que a programação em modo Teach-in dos robôs é confusa e primitiva. “A forma atual provoca um trabalho tedioso, ocupando muito tempo do profissional. Em breve, teremos touchscreen com menus contextuais e interação flexível, menos botões e entrada de dados intuitiva, gerando rapidez na programação e na instrução de tarefas para o robô.”, afirmou.

“A interação homem-máquina é difícil e os riscos devem ser bem conhecidos e devidamente cobertos.” Segundo Mekhalian, as empresas devem atender os requisitos de segurança exigidos por lei (NR12); manter estocadas peças de reposição, principalmente as de desgaste e treinar e capacitar melhor seus funcionários, exigindo constante aprimoramento.