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Novas soluções tecnológicas para processos produtivos

Nesta seção, estão reunidas as novidades em máquinas, equipamentos e sistemas que serão apresentadas na Feira Internacional de Máquinas Ferramenta e Sistemas Integrados de Manufatura – Feimafe 2015, que acontece em maio, em São Paulo. Com os lançamentos antecipados na edição de abril, você tem a oportunidade de conhecer 117 soluções que serão apresentadas na mais expressiva feira de máquinas-ferramenta da América Latina. Por meio da Revista NEI, é possível se inteirar das tendências do setor metalmecânico, organizar sua visita à feira e proporcionar até mesmo àqueles que não puderem comparecer ao evento conhecer os novos produtos da área.

Para agregar ainda mais conhecimento, além de agrupar na edição notícias de novos produtos do setor de máquinas-ferramenta, a equipe de reportagem de NEI conversou com especialistas de processos produtivos para apresentar nesta abertura as tecnologias do setor que ganham importância na indústria atualmente.

Segundo o prof. Rodrigo Lima Stoeterau, do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP, são elas: máquinas para usinagem por jato d´água com cinco eixos; tornos CNC com árvores indexados e ferramentas ativas para operações de torno-fresamento e torno brochamento; tornos de múltiplos cabeçotes; tornos automáticos CNC; e o uso cada vez mais amplo de robôs em operações de usinagem, principalmente na retificação de superacabamentos em geometrias complexas, como as encontradas em moldes e matrizes. Outro ponto destacado por ele é a integração da usinagem tanto convencional, com ênfase no fresamento, quanto a Laser com processos de soldagem,  tratamento térmico e estruturação superficial com Laser em uma única estação de trabalho.

“O desenvolvimento e a integração de ferramentas ativas para retificação em tornos e fresadoras também têm se mostrado uma tendência”, acrescentou Stoeterau. “Isso deve ser associado a máquinas rígidas com elevada exatidão de posicionamento, o que permite a usinagem completa em materiais de alta dureza e cerâmicas vítreas com requisitos ópticos. A integração do processo de retificação de máquinas, como tornos e fresadoras CNC, permite que sejam substituídas as retificadoras clássicas, dando maior flexibilidade às máquinas, geração de formas e produção.”

Para acrescentar, Durval Uchôas Braga, engenheiro mecânico e professor doutor da Universidade Federal de São João del-Rei, citou a usinagem nanométrica de materiais no estado endurecido e com altas velocidades de corte. Soma-se a essas novidades a preocupação com a redução do consumo de água e energia nas máquinas, que, além de colaborar com o meio ambiente, resulta em economia de custos.

Stoeterau informou que os grandes centros de pesquisas na Europa, em especial o WZL RWTH Aachen, o Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, o Fraunhofer-Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK e o ETH Zürich – IWF têm se mostrado bastante ativos no desenvolvimento de máquinas-ferramenta para as necessidades futuras da indústria. Para ele, uma novidade que chama a atenção é a simulação total de máquinas-ferramenta, desde tempos e movimentos de fabricação até previsão de vida da ferramenta e de danos de superfícies nas peças, tudo integrado em um único pacote. A simulação total da usinagem permite a integração em ambiente de Fábrica 4.0 ou Fábricas Digitais.

O professor da USP acrescentou que as incertezas na política e economia brasileira – devidas também à estagnação do setor petrolífero, alta do dólar e recessão – podem tornar a importação de bens de capital menos atrativa ao empresário nacional. “Resta saber se os fabricantes nacionais terão estímulo e capacidade para suprir o mercado com máquinas tecnologicamente modernas”, alertou.

Bens de capital mecânicos

Em fevereiro, o faturamento bruto da indústria brasileira de máquinas e equipamentos foi de R$ 6 bilhões, aumento de 6,5% sobre o mês anterior. Na comparação com o mesmo mês do ano passado, foi 7,3% maior. No bimestre, em relação a 2014, o crescimento foi de 5,4%. Os dados foram divulgados pela Associação Brasileira da Indústria de Máquinas e Equipamentos – Abimaq.

O resultado das exportações de fevereiro de US$ 791 milhões foi 0,9% maior que o registrado em janeiro. Comparando com o mesmo mês do ano anterior, caíram 24,5%. No bimestre, em relação ao mesmo período de 2014, despencaram 27,7%. Mas, mesmo com o resultado acumulado abaixo de 2014, as exportações mantiveram participação elevada (37%) no total das vendas, acima da média histórica de 32%. Quanto às importações, em fevereiro somaram US$ 1,824 bilhão. No mês, a queda foi de 30,3%.

Específico sobre a indústria de máquinas-ferramenta, o faturamento nominal de fevereiro de 2015 foi de R$ 128 milhões, contra R$ 104 milhões do mesmo mês de 2014. O faturamento nominal de 2014 foi de mais de R$ 688 milhões; as exportações, de R$ 427 milhões; as importações, de R$ 2,5 bilhões, e o consumo aparente; de R$ 2,7 bilhões.

José Velloso, presidente executivo da Abimaq, ressaltou que, apesar de todos os desafios impostos pelo atual cenário econômico no Brasil, o momento é propício para exportações devido a fatores como a retomada de crescimento dos Estados Unidos e da União Europeia e ao câmbio mais favorável, que pode levar ao aumento da competitividade de alguns setores. Além disso, há previsão de crescimento para alguns países prioritários do programa Brazil Machinery Solutions – BMS, como Chile, Colômbia, Peru, México e EUA. O BMS é uma parceria entre a Abimaq e a Agência Brasileira de Promoção de Exportações e Investimentos – Apex Brasil que visa à promoção das exportações brasileiras de máquinas e equipamentos. Em março, foi lançada a Campanha Esforço Exportador 2015, uma iniciativa da BMS.

Velloso concluiu que, como a retomada do mercado interno deve demorar a acontecer, devido às incertezas da economia local e mundial, as empresas devem se preparar o quanto antes para o mercado externo.


Nova automação para a aviação

5, novembro, 2014 Deixar um comentário

Linhas automatizadas para construção de aviões não são lançadas todos os anos, tampouco são parecidas com aquelas que entregam um automóvel a cada 50 minutos. As soluções para o setor aeronáutico exigem critérios de segurança, rastreabilidade, confiabilidade e qualidade que, se não adequadamente atendidos, podem causar falhas catastróficas. Um grave defeito em um único ponto de solda da carroceria de um automóvel pode passar despercebido e talvez nunca causar problema. Já um simples defeito em qualquer uma das etapas do processo de rebitagem pode comprometer toda a aeronave e certamente colocar em risco a vida de várias pessoas. Quando uma solução de automação surge no setor aeronáutico, representa inovação com elevado conteúdo tecnológico e de ineditismo.

A Embraer tomava forma em 1950 com a fundação do Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA para fomentar e desenvolver a indústria aeronáutica no País, pouco antes de o Brasil receber as primeiras montadoras de automóveis no início da década de 60. Desse o início, a demanda de produção de aeronaves nunca alcançou um número que justifique o investimento de uma linha de produção com elevado nível de automação, porém algo já está mudando.

A grande quantidade de automóveis fabricados diariamente exige nível alto de automação na produção, que facilmente alcança o ponto de equilíbrio para viabilizar o investimento. No entanto, no setor aeronáutico, esse equilíbrio é obtido por outros critérios, como nível de criticidade do processo, redução no tempo de preparação e montagem e ganho com a qualidade de execução do processo. Uma única aeronave pode demorar até dois meses para ser fabricada, testada e entregue ao cliente. Logo, um pedido de dez aeronaves pode exigir até dez vezes esse prazo. Esse fato produz um frenesi contraditório; por um lado a empresa fica satisfeita com a quantidade do pedido, por outro, insegura, caso o cliente o cancele no meio tempo. Logo, a ação importante consiste em reduzir o prazo de entrega (time to market) de cada aeronave, sendo essa a justificativa-chave para automatizar os processos de montagem.

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Figura 1 – robô tipo manipulador Fonte: autor

figura 1As soluções de automação para o setor aeronáutico são bem diferentes quando comparadas às estabelecidas no setor automotivo. Um bom exemplo é o uso de robôs industriais do tipo manipuladores (antropomórficos), já que são os representantes definitivos de qualquer processo de automação (figura 1). Todavia, seu emprego em processos aeronáuticos não ocorre naturalmente, pois as tolerâncias e os requisitos de montagem de aeronaves estão pelo menos uma ordem de grandeza menor. Pode-se citar o processo de solda a ponto das partes que compõem a carroceria de um automóvel. Existem robôs no mercado prontos para essa operação (on the shelf), bastando comprá-los e colocá-los para trabalhar: em média, erram em 1 mm na posição de cada ponto de solda (erro de posicionamento absoluto), o que para um automóvel não representa problema algum, já que é a tolerância de execução típica. Entretanto, para o setor aeronáutico, a grande maioria dos processos de fabricação tem como tolerâncias e requisitos de montagem valores em torno de 0,1 mm, ou seja, dez vezes menores (uma ordem de grandeza). Dessa forma, para que um robô industrial possa ser utilizado em processos de junção de partes do setor aeronáutico, mecanismos adicionais de refinamento de sua exatidão de posicionamento absoluto devem ser considerados.

Existem vários caminhos críticos no processo de montagem de uma aeronave, que consomem uma quantidade significativa de tempo. Destaca-se a montagem das seções da fuselagem, que não é realizada pelo processo de soldagem, mas de rebitagem. A automação desse processo é complexa, exige soluções criativas e recheadas de toques de inovação, pois não existe algo pronto no mercado para atender seus requisitos e tolerâncias. Devido a isso, mais de 95% da cravação de rebites para fechamento de fuselagens é realizada por colaboradores especializados e com uso extensivo de ferramentas manuais de furação, além da aplicação de selante.

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Figura 2 – projeto de pesquisa para utilizar robôs no alinhamento e rebitagem de seções de fuselagem Fonte: autor

Recentemente a Embraer adquiriu uma célula especial para realizar o fechamento da fuselagem de sua linha de jatos executivo Legacy™. Essa máquina realiza de forma automática a furação e a rebitagem das seções da fuselagem (chamadas de charutos), além do alinhamento prévio dessas partes. Essa aquisição é o resultado de um projeto de pesquisa que durou dois anos em conjunto com o ITA para justamente desenvolver esse processo de alinhamento e rebitagem com o uso de robôs industriais, os mesmos usados no setor automotivo. Um fragmento desse projeto é apresentado na figura 2, em que é possível ver um robô (à direita) suportando uma seção de fuselagem e outro com uma ferramenta especial de rebitagem. Seu uso em sistemas de manufatura aeronáutica representa uma inovação para o setor, sendo que, nesse projeto de pesquisa, eles foram usados tanto para o posicionamento das seções de fuselagem, quanto para realizar os processos de furação, aplicação de selante e rebitagem.

Para atender o requisito de erro de posicionamento do processo de alinhamento das seções de fuselagem, tipicamente da ordem de 0,5 mm, um sistema metrológico externo foi integrado ao controlador de posição dos robôs para corrigir interativamente seu posicionamento. Foram avaliadas soluções de metrologia de grandes volumes, como sistemas de iGPS (in door Global Positioning System), CLR (Coerent Laser Radar) e Fotogrametria, sendo esse o sistema de melhor desempenho para o processo.

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Figura 3 – destaque dos sensores de um sistema de Fotogrametria para melhoria do posicionamento absoluto de robôs Fonte: Nikon K-series system

O uso do sistema metrológico baseado em CLR também atendeu o desafio, porém seu elevado custo e atuais problemas de integração com o controlador do robô acrescentam fatores negativos para sua escolha. O sistema de iGPS não apresentou, até a data de fechamento do projeto, maturidade tecnológica suficiente para viabilizar sua aplicação em uma linha de produção de alta criticidade produtiva. Já o sistema de Fotogrametria avaliado foi capaz de realizar medições estáticas e dinâmicas com elevada acurácia (tipicamente ± 0,02 mm), sendo formado por conjunto de três câmeras digitais e um aplicativo dedicado a medir e fornecer as coordenadas espaciais de cada grupo visível de marcadores luminosos. Esses marcadores, destacados no exemplo da figura 3, são pontos luminosos no infravermelho formados por LED que piscam cada um em uma determinada frequência, sendo detectados pelas câmeras. Esses pontos no espaço são calculados pelo computador de coordenadas do sistema, que, por sua vez, fornecem um retorno de posição e orientação para o robô, aumentando a exatidão de posicionamento absoluto. Esse sistema foi escolhido devido à sua robustez, boa relação custo/benefício e relativa facilidade de operação.

Figura 4 – ferramenta para realizar a rebitagem automática de estrutura aeronáutica com robô industrial Fonte: autor

Figura 4 – ferramenta para realizar a rebitagem automática de estrutura aeronáutica com robô industrial
Fonte: autor

Para realizar o processo automático de furação, aplicação de selante e rebitagem, esse projeto apresentou o desenvolvimento de um ferramental exclusivo (end-effector), fixado no punho de um robô industrial, sendo capaz de realizar cada um desses processos, conforme apresenta a figura 4. Para cravar cada rebite, são necessárias seis operações sequenciais e distintas: furação, escareamento, aplicação de selante no rebite, inserção do rebite, cravação e inspeção visual do processo. O dispositivo desenvolvido realiza todas com a vantagem de gerar pouco cavaco na interface de fixação das fuselagens, além de corrigir a posição e a orientação do robô para atender os requisitos exigentes de tolerância do setor aeronáutico.

A tolerância típica de erro de posicionamento de cada furo é de ± 0,1 mm, impossível de ser obtida por um robô industrial sem um sistema metrológico externo. Com efeito, cada furo deve atender os requisitos de forma (erro de circularidade < 36 µm) e orientação (erro de desvio de perpendicularidade < ± 0,5°), conforme ilustrado na Figura 5.

figura 5

Figura 5 – exemplo de erro de circularidade, posicionamento e perpendicularidade em furos Fonte: autor

Um típico avião comercial pode conter mais de 100 mil rebites, exigindo para isso a mesma quantidade de furos com a mesma qualidade e repetição dos demais processos. Esses procedimentos devem ainda ser repetidos em outras aeronaves com a máxima semelhança possível e confiabilidade, principalmente devido aos requisitos de segurança de fabricação impostos ao produto. A automação desse processo, mesmo que realizado parcialmente em uma aeronave, acarreta ganhos consideráveis de produtividade e qualidade, sendo esse o divisor de águas para investir em automação do processo de rebitagem em estruturas aeronáuticas. Grande parte dessa nova automação, chamada de automação de precisão, está representada por atividades de pesquisa realizada em laboratórios dedicados para isso, a exemplo do Laboratório de Automação da Manufatura do Centro de Competência em Manufatura do ITA, mostrado na figura 6.

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Figura 6 – vista parcial do processo de alinhamentos de fuselagens desenvolvido no CCM/ITA Fonte: autor

Apesar das limitações com relação à exatidão de posicionamento absoluto, robôs industriais apresentam erro de repetitividade (capacidade de repetir seu posicionamento) muito baixo (± 0,2 mm), ou seja são muito bons para realizar tarefas repetitivas. A grande oferta de capacidade de carga (payload), aliada à elevada robustez de funcionamento, colocam os robôs industriais em uma categoria de equipamento confiável e de elevada maturidade tecnológica (Technology Readiness Level 9). Seu uso em sistemas de manufatura aeronáutica ou aeroespacial é possível pela integração de sistemas metrológicos para medição de grandes volumes junto ao controlador de eixos do robô.

Existem diferentes tecnologias capazes de permitir a medição da posição e atitude (coordenadas e orientação) de ferramentas ou peças acopladas em um robô industrial, porém sua correta seleção e integração representam os desafios tecnológicos de automação que o setor aeronáutico e aeroespacial enfrenta.

Referências consultadas:

Alvarado, B. H. L., Avaliação do desempenho metrológico do sistema de medição iGPS, Dissertação de mestrado, ITA, 2010.

Amorim, D. Y. K., Avaliação de um sistema de fotogrametria para medição e correção da posição de robô industrial empregado na montagem de fuselagem aeronáutica. Dissertação de mestrado, ITA, 2011.

Anjos, J. M. S., Proposta de arquitetura de software de controle para efetuador robótico multifuncional. Dissertação de mestrado, ITA, 2010.

Eguti, C. C. A. & Trabasso, L. G., Design of a robotic orbital driller for assembling aircraft structures, Mechatronics Vol. 24, pp. 533-545, 2014.

Mosqueira, G. L., Towards the robotic assembly of fuselage, Dissertação de mestrado, ITA, 2012.

Crédito:

Artigo escrito por Carlos Eguti, doutor em engenharia mecatrônica pela Technische Universität Darmstadt – TUD e pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica – ITA na área de engenharia aeroespacial e mecatrônica, mestre em engenharia mecânica (ciências térmicas) pela Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” –Unesp e engenheiro elétrico pela Unesp. Atualmente faz pós-doutorado no Centro de Competência em Manufatura – CCM/ITA na área de mecatrônica, onde atua como pesquisador.

Para ler outros artigos, acesse: http://www.nei.com.br/artigos/artigos.aspx


Estão abertas inscrições para cursos gratuitos na área de petróleo e gás em SP

19, agosto, 2013 2 comentários

O Programa Via Rápida Emprego, do governo do Estado de São Paulo, abre inscrições para cursos gratuitos profissionalizantes para interessados em atuar em empresas ligadas à indústria de petróleo e gás natural e outros setores. São 6.610 vagas e 19 opções de cursos, distribuídos em 137 municípios. Na capital e região metropolitana de São Paulo, há 1.720 oportunidades. As aulas começarão em setembro.

Entre as opções estão: ajustagem mecânica, assistente de logística, hidráulica e pneumática, logística básica, mecânica básica, mecânica de usinagem básica, metrologia, operador de empilhadeira, programação e operação de torno CNC, soldador, soldador de manutenção e tornearia mecânica básica. A relação completa de cursos por município está disponível no www.viarapida.sp.gov.br e as inscrições podem ser realizadas por meio do mesmo endereço.

Os cursos terão duração de um a três meses e serão ministrados por instituições contratadas pelo governo de São Paulo. Os participantes receberão material didático e auxílio financeiro.


Feimafe 2013: ABB apresentará inovações em robótica

Novas soluções para o mercado automobilístico estarão em exposição no estande da ABB, como os produtos do SpotPack, pacote funcional de solda a ponto. O IRB 6640 LeanID com ServoGun é equipado com cabo umbilical, que permite flexibilidade e amplitude nos movimentos do punho do braço robótico. A ServoGun, totalmente integrada e controlada por robô, é flexível e modular, e pode ser configurada de acordo com as necessidades de cada processo. O diferencial é o comando de abertura e fechamento controlado por um motor elétrico. A Feimafe – Feira Internacional de Máquinas-Ferramenta e Sistemas Integrados de Manufatura será realizada de 3 a 8 de junho no Pavilhão de Exposições do Anhembi, em São Paulo – SP.

Completando a linha de robótica, será apresentado o robô de solda IRB 1600 ID, com fonte de solda CMT Fronius, que possui tecnologia ABB Quick Move/True Move, indicada para aplicações de soldagem MIG e MAG.

Além dos robôs, também serão apresentados os produtos da linha Dodge, de transmissão mecânica de potência. Os destaques ficam por conta de acoplamentos, buchas, mancais, redutores e tambores.


Wurth amplia linha de negócios com metal

A multinacional alemã Wurth expande atuação no mercado nacional com a abertura de uma nova área de negócios: a Metal Puro. A empresa já atua no segmento por meio de produtos e serviços oferecidos pela divisão Metal, que atende metalúrgicas e demais empresas do setor. A diferença está na forma de abordagem de ambas. A Metal é focada na manutenção em indústrias e grandes construções. Já a Metal Puro trabalha com a produção de uma linha de produtos acabados.

“A Metal Puro foi criada para segmentar a atuação da companhia e trabalhar com uma nova linha de produtos, focada nos clientes que trabalham com transformação, corte e furo, solda e montagem do metal”, explicou José Castellon, diretor da nova divisão.

A nova área de negócios terá inicialmente cerca de 100 produtos específicos comercializados no País, sendo 85 importados e 15 nacionais. A projeção é chegar até o final do ano com cerca de 300 itens. Os produtos atenderão as empresas que atuam com acabamento, instalação e manutenção do metal, as que fabricam carrocerias, baús refrigerados, reboques, estruturas metálicas, portões automáticos e esquadrias de alumínio, além das empresas de usinagem e caldeiraria.


Senai e Petrobras contratam implantação de laboratório para tecnologias da solda

27, novembro, 2012 2 comentários

O maior contrato de tecnologia do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – Senai no País foi assinado hoje entre a entidade e a Petrobras no valor de R$ 11,5 milhões para a implantação de laboratório para pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de solda. Começará a funcionar no primeiro semestre de 2013 e ficará instalado no Centro de Tecnologia Senai Solda, no Maracanã. O termo de cooperação é de 36 meses.

Segundo o Senai, além de profissionais capacitados, o laboratório terá equipamentos de última geração, muitos deles ainda não disponíveis para pesquisa.


Senai RJ abre mais de 3.000 vagas gratuitas em cursos, incluindo para soldador

O Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial – Senai do Rio de Janeiro realiza inscrições para 3.333 vagas em cursos gratuitos de qualificação profissional. Na unidade Maracanã, por exemplo, são oferecidas vagas para os cursos de auxiliar administrativo, auxiliar de operações em logística, soldador no processo MIG/MAG, soldador no processo eletrodo revestido aço-carbono e aço baixa liga.

A oferta é para beneficiários do Cadastro Único da Assistência Social ou pessoas em processo de cadastramento, além de trabalhadores que buscam pela terceira vez consecutiva, em dez anos, o benefício do seguro-desemprego. Para a inscrição, é necessário ter entre 16 e 59 anos e apresentar RG, CPF, carteira de trabalho, comprovante de residência e número de inscrição social – NIS. Para saber os outros cursos disponíveis, o prazo e os locais das inscrições, ligue 0800 0231231.

Para os interessados em informações sobre solda na área naval, em 3 de agosto será realizado o workshop “A soldagem na área naval e offshore” no Centro de Convenções SulAmérica, no Rio de Janeiro, que ocorrerá durante a Navalshore 2012. Entre os participantes estão José Luís Cunha, gerente de construção e montagem da Petrobras; Omar Samra, engenheiro da Böhler Welding Group; Walter Wetzel, diretor da divisão de tecnologia de soldagem da Fronius Brasil; e Ubirajara Pereira Costa, diretor de desenvolvimento de segmentos da ITW Welding Brasil. Mais informações, clique aqui.