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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Cláudia Luisa Mendes Automação de sistemas produtivos Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Descrever os sistemas de manufatura. � Definir as estratégias para automação de sistemas produtivos. � Identificar os impactos da automação na melhoria de produtos. Introdução A automação de sistemas produtivos torna um processo mais eficiente e menos oneroso, uma vez que evita desperdícios, diminui o tempo de processamento e aumenta a capacidade de produção das máquinas. Para isso, precisa-se identificar o tipo de automação a ser utilizada em uma implantação, além de garantir que as diversas estratégias propostas sejam aplicadas, a fim de garantir a qualidade do produto. Neste capítulo, você irá estudar o que é o sistema de manufatura e como implementar uma automação nesse sistema, assim como identificar estratégias para a automação de sistemas produtivos e, por fim, analisar os impactos da automação sobre a qualidade do produto. 1 Sistemas de manufatura Um sistema de manufatura pode ser definido como uma coleção de equipa- mentos e recursos humanos integrados, assim como Lamb (2015) descreve, no século XXI, o termo se aplica com mais frequência à produção industrial, em que a principal função é transformar grandes quantidades de matéria-prima em produtos. Esse processo em geral acontece em vários estágios; um produto obtido de um processo se torna um de vários componentes necessários em outros processos. Para que o sistema de manufatura se mantenha em produção, são necessários recursos humanos periodicamente ou até mesmos em tempo integral. A Figura 1 apresenta a posição do sistema de manufatura no sistema de produção como um todo. A montagem, a conversão, o empacotamento e o processamento/tratamento por lotes são exemplos de operações de manufatura. Figura 1. Posição do sistema de manufatura em um sistema de produção. Fonte: Adaptada de Groover (2011). Para ter um sistema de manufatura em operação, são necessários vários componentes, que geralmente incluem: � Máquinas de produção, assim como ferramentas, dispositivos de fixação e outros itens relacionados. � Sistema de manuseio de material. � Sistema de computador para coordenar e/ou controlar os componentes anteriores. � Trabalhadores para operar e manusear o sistema. Segundo Black (1991), o processo de automação para contemplar o sistema de manufatura é iniciado por meio do planejamento de um novo processo ou de um já existente, a partir de um estudo de viabilidade, em que deverão ser considerados as limitações e os ganhos na utilização de robôs industriais ou dispositivos dedicados. A automação da manufatura pode ser dividida em três grandes grupos: automação rígida, automação programável e automação flexível, que serão descritas a seguir. Automação de sistemas produtivos2 Automação rígida A automação rígida é um sistema no qual a sequência das operações de proces- samento (ou montagem) é definida pela configuração do equipamento. Como Bayer, Eckhardt e Machado (2011) destacam, essas operações são simples, porém, a integração e a coordenação das operações o tornam um sistema complexo, o que contribui com as características desse sistema: é um sistema com alto investimento inicial em equipamentos e engenharia personalizada, tem altas taxas de produção e é inflexível para absorver mudanças na produção. Esse tipo de automação normalmente é justificado em produtos com alta taxa de demanda, fazendo com que o custo inicial do equipamento seja di- luído na grande quantidade de unidades produzidas. A automação rígida é utilizada, por exemplo, em linhas de montagem e em linhas de transferência. Veja a Figura 2. Figura 2. Linha de produção com sistema de automação rígida. Fonte: Pavel L Photo and Video/Shutterstock.com. 3Automação de sistemas produtivos Automação programável A automação programável é um sistema no qual o equipamento de produção é projetado com a capacidade de modificar a sequência de operações de modo a acomodar diferentes configurações de produtos. Bayer, Eckhardt e Machado (2011) citam que essas operações são controladas por um programa que con- tém informações codificadas para que o sistema possa ler e interpretar os comandos. Diferente da automação rígida, na automação programável novos produtos podem ser fabricados, o que contribui com as características desse sistema: é um sistema que tem alto investimento em equipamentos de uso geral, é utilizado para baixa taxa de produção se comparado à automação rígida, tem flexibilidade para absorver mudanças na produção e é de fácil adaptação para produção em lote. Esse tipo de automação normalmente é justificado em produtos com baixa e média produção, que podem ser produzidos em lote, assim, a cada lote, é possível produzir um novo produto. A automação programável é utilizada, por exemplo, em máquinas-ferramenta de comando numérico, em robôs industriais e em controladores lógicos programáveis. Veja a Figura 3. Figura 3. Placa de circuito impresso sendo confeccionada por máquina de comando numérico computadorizado (CNC). Fonte: asharkyu/Shutterstock.com. Automação de sistemas produtivos4 Automação flexível A automação flexível, segundo Bayer, Eckhardt e Machado (2011), é um sistema capaz de produzir uma variedade de peças (ou produtos), com vantagem de não perder tempo nas trocas das configurações de um modelo de produto para outro. Esse sistema pode produzir diferentes produtos sem a exigência que sejam produzidos por lote. Sendo assim, as características desse sistema são: alto investimento em um sistema com engenharia personalizada, produção contínua para uma variedade de tipos de produtos, utilização para taxas médias de produção e flexibilidade para absorver variações de projetos do produto. Esse tipo de automação normalmente é justificado em produtos com baixa taxa de demanda e poucas modificações entres os produtos, pois as diferenças entre as peças processadas pelo sistema não são significativas e, portanto, o volume de alterações exigidas entre os modelos é mínimo. A automação flexível é utilizada, por exemplo, em sistemas de manufatura para execução de operações de máquinas. Veja a Figura 4. Figura 4. Robôs soldadores em linhas de montagem de veículos. Os robôs podem ser programados para diferentes tipos de soldagem em diferentes modelos de automóveis. Fonte: wi6995/Shutterstock.com. 5Automação de sistemas produtivos Para entender os exemplos citados em cada tópico, leia a dissertação Proposta de modelo para análise da integração da cadeia de suprimentos utilizando-se índices de automação, disponível no link a seguir. https://qrgo.page.link/nDTGR 2 Automação de sistemas produtivos Em uma empresa que contém um sistema de produção que opera de modo manual ou administrativo, pode ser empregada a automação em alguns compo- nentes desse sistema de produção. Segundo Groover (2011), em um sistema de produção, os elementos automatizados podem ser separados em duas categorias: automação dos sistemas de produção da fábrica e controle computadorizado dos sistemas de apoio à produção. Essas duas categorias se encontram em alguns momentos, quando consideramos os sistemas de produção modernos, já que os sistemas de produção automatizados operando na fábrica normalmente são implementados por sistemas computacionais e conectados aos sistemas de apoio à produção e aos sistemas de gerenciamento de informações em funcionamento na fábrica e nos níveis da operação. Para que essa automação seja implementada em um sistema de produção, Groover (1980) definiu 10 estratégias que serão descritas a seguir. As 10 estratégias formam uma lista de verificação de possibilidades para melhorar o sistema de produção por meio de automação. Elas não devem ser conside- radas exclusivas. Na maioria das situações, múltiplas estratégias podem ser implementadas em um projeto de melhoria. 1. Especializaçãodas operações: como primeira estratégia, analogamente à especialização da mão de obra objetivando o aumento da produtividade de trabalho, são utilizados equipamentos especiais projetados para a execução de uma única operação para atingir a maior eficiência possível. 2. Operações combinadas: nessa estratégia, é necessário a redução do número de máquinas ou estações de trabalho de produção, esse objetivo é atingido se mais de uma operação for executada pela mesma máquina. Para isso a produção deve ser realizada em uma sequência de operações e são aplica- Automação de sistemas produtivos6 das em peças complexas. Com essa estratégia, são obtidos resultados na redução de esforços no tratamento de materiais, no tempo não operacional, no tempo de espera e no tempo de processamento de pedido. 3. Operações simultâneas: essa estratégia tem o objetivo de tornar simul- tâneas as operações combinadas, colocando duas ou mais operações de processamento (ou montagem) de forma simultânea sobre a mesma peça, para que o tempo total de processamento seja reduzido. 4. Interação nas operações: essa estratégia tem o objetivo de ligar di- ferentes estações de trabalho e um único mecanismo integrado, de forma que as peças sejam transferidas de forma automatizada entre as estações. A aplicação dessa estratégia reduz a quantidade de centros de trabalhos isolados que o produto deve ser escalado. Com mais de um centro de trabalho, peças diferentes podem ser processadas de forma simultânea, o que aumenta a produção do sistema. 5. Aumento da flexibilidade: essa estratégia utiliza o conceito da automa- ção flexível, ou seja, tenta alcançar a máxima utilização do equipamento do mesmo equipamento na produção de uma unidade encomendada em situações de volume médio para uma variedade de peças ou produtos. Os objetivos dessa estratégia são a redução do tempo de programação e configuração da máquina de produção, o que reduz o tempo total de conclusão da produção em menos processos. 6. Melhoria na armazenagem e manuseio de materiais: essa estratégia tem o objetivo de reduzir o tempo improdutivo, o que reduz o tempo total de conclusão da produção e reduz o número de processos (Figura 5). 7. Inspeção on-line: essa estratégia tem o objetivo de inspecionar o pro- duto enquanto ele é fabricado, assim, é possível realizar correções no processo e evitar produtos de baixa qualidade. Isso reduz o descarte e garante que o produto atenda às especificações de projeto. 8. Otimização de controle do processo: essa estratégia tem o objetivo de tornar mais eficientes a operação dos processos individuais e os equipa- mentos associados. Com ela, o tempo de processamento individual pode resultar em redução e, ainda, pode aumentar a qualidade do produto. 9. Controle de operações de fábrica: essa estratégia tem o objetivo de se tornar mais eficiente nas operações agregadas na fábrica, de modo a gerenciar e coordenar de forma eficaz. Sua implementação normalmente envolve a presença de uma rede computacional de alto nível na fábrica. 7Automação de sistemas produtivos 10. Manufatura integrada por computador: essa estratégia tem o objetivo de majorar a estratégia anterior, como uso extensivo de aplicações com- putacionais, banco de dados e redes de computadores em toda a fábrica, com o intuito de integrar as operações da fábrica com a engenharia de projetos e as funções de negócio da empresa. Figura 5. Produção de refrigerantes; o transporte do produto até a armazenagem é consti- tuído por sistemas de automação, o que traz benefícios quanto à produtividade e melhora o controle e o gerenciamento da planta. Fonte: Roman Zaiets/Shutterstock.com. Estratégia de migração para a automação Pensando nas pressões competitivas do mercado em lançar novos produtos, Groover (2011) ainda propôs uma estratégia não tão econômica como as descritas anteriormente, mas que se justifica quando o produto se torna bem- -sucedido e tem uma alta demanda futura, a automação da produção em fases. � Fase 1: produção manual: aplicada na introdução de um novo produto utilizando uma única célula tripulada que opera de forma independente. Automação de sistemas produtivos8 � Fase 2: produção automatizada: aplicada quando se justifica a auto- mação com o aumento da demanda pelo produto. Para isso, utiliza-se uma única célula automatizada que opera de forma independente. As peças são movidas manualmente entre estações de trabalho. � Fase 3: produção automatizada integrada: aplicada quando se justifica a automação em razão da certeza de que o produto será produzido em massa por vários anos. Para isso, utiliza-se um sistema automatizado multiestações com operações em série e transferência automatizada das unidades de trabalho entre as estações. Essa estratégia é ilustrada na Figura 6. Segundo Groover (2011), os detalhes sobre a estratégia de migração para a automação variam de empresa para empresa, dependendo do tipo de produto que produzem e dos processos de produção que executam. Figura 6. Uma típica estratégia de migração para a automação. Fonte: Adaptada de Groover (2011). 9Automação de sistemas produtivos 3 Impactos da automação na melhoria de produtos Nos tópicos anteriores, foram vistas formas para implementar a automação industrial, porém, junto a ela também é necessário se preocupar com a me- lhoria de produtos, pois, seja por necessidade ou pela exigência do mercado, as empresas buscam diferenciais competitivos, os quais agregam valores aos seus produtos. Uma definição adequada para a qualidade é a utilizada por Juran e Gryna (1992), na qual eles dizem que qualidade consiste em verificar se as caracte- rísticas do produto estão indo ao encontro das necessidades dos clientes e se assim estão proporcionando a satisfação deles em relação ao produto. A definição de qualidade de Juran e Gryna (1992) trata um pouco mais a respeito da finalidade e funcionalidade de um produto, mas pode-se definir a qualidade de um produto, também, a partir de critérios de acabamento, durabilidade e minimização de falhas. Quando se trata do produto em si, a qualidade é uma junção de variáveis que podem ser comparadas e controladas por medição, sendo que produtos de uma mesma linhagem precisam apresentar as mesmas características, não podendo haver diferenciação entre eles. Já quando trata da fabricação, a qualidade é a adequação à normas e especificações padronizadas, ou seja, deve-se garantir que o processo de fabricação siga um procedimento adequado para manter a qualidade do produto. Tendo isso em vista, os impactos causados pela automação na melhoria de produtos podem oferecer vantagens e desvantagens, como será apresentado a seguir. Desvantagens dos sistemas de automação Segundo Rodrigues ([201-?]), ao se utilizar o sistema de manufatura, algumas desvantagens podem ser observadas na automação, como: � Longo período de planejamento: para implantar um sistema de automa- ção da manufatura em uma fábrica, é necessário que sejam planejados os processos e as linhas de produção que serão integradas, o que demanda tempo para tal atividade. � Falta de conhecimento técnico na implementação e gestão: há ne- cessidade de profissionais qualificados e capacitados para utilizar e gerenciar o sistema. Automação de sistemas produtivos10 � Dispendiosa implementação, manutenção e energia: assim como citado anteriormente, são necessários profissionais capacitados para executar a implementação e a manutenção adequada do sistema e utiliza-se de alto consumo de energia para que o sistema permaneça em funcionamento; tais atividades demandam altos custos. � Requer vários anos de instalação: em muitos casos, pelo alto custo envolvido no processo de automação, são necessários vários anos para que o sistema esteja totalmente em operação. � Resistência do trabalhador: em razão das mudanças bruscas geradas pela automação, a resistência do trabalhador pode ser um ponto pro- blemático à implantação do sistema.Vantagens dos sistemas de automação Segundo Kalpakjian e Schmid (2001), as vantagens que surgem ao se implantar um sistema de manufatura são: � Aumento da produtividade: trabalhos repetitivos e cansativos são substituídos pela automação, cabendo ao trabalhador a coordenação e a execução de tarefas que exijam tomadas de decisão. � Redução de custos da mão de obra: com a automação, diminuem os custos com mão de obra em trabalhos mais simples e, com a manutenção adequada, as máquinas se tornam mais eficientes e duradouras. � Reduzir ou eliminar o trabalho rotineiro manual ou burocrático: tais atividades são substituídas pela automação dos sistemas. � Melhorar a segurança do trabalhador: equipamentos automatizados operam sozinhos em ambientes hostis, pois são projetados para suportar temperaturas extremas, ambientes poluídos e todo tipo de problemas, nesse caso, as máquinas substituem trabalhadores nesses ambientes. � Reduzir o lead-time de manufatura: em razão da automação, o tempo total decorrido entre um pedido realizado por um cliente até a sua entrega efetiva é reduzido de forma significativa. � Aumento da qualidade: com a automação, todos os produtos terão o mesmo padrão de qualidade, desde que sejam adequadamente mantidos. � Competitividade: com o auxílio de máquinas automatizadas, é possível diminuir custos de produção, manter o padrão de qualidade e produzir em escala para atender demandas, o que torna a produção altamente competitiva. 11Automação de sistemas produtivos BAYER, F. M.; ECKHARDT, M.; MACHADO, R. Automação de sistemas. 4. ed. Santa Maria: Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, 2011. Disponível em: http://professor.pu- cgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/18451/material/Apostila%202.pdf. Acesso em: 12 jan. 2020. BLACK, J. T. The design of the factory with a future. New York: McGraw-Hill, 1991. GROOVER, M. P. Automation, production systems, and computer-aided manufacturing. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1980. GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. 3. ed. São Paulo: Pe- arson, 2011. JURAN, J. M.; GRYNA, F. M. Controle de qualidade. São Paulo: Makron Books, 1992. KALPAKJIAN, S.; SCHMID, S. R. Manufacturing engineering and technology. 4. ed. São Paulo: Pearson, 2001. LAMB, F. Automação industrial na prática. Porto Alegre: AMGH, 2015. (Série Tekne). RODRIGUES, A. R. Sistemas de manufatura: notas de aula. São Carlos: USP, [201-?]. Dispo- nível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/3206278/mod_resource/content/1/ Sistemas%20de%20Manufatura.pdf. Acesso em: 12 jan. 2020. Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu fun- cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links. Automação de sistemas produtivos12
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