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32 MEC 4 Sistemas Flexíveis da Manufatura

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Sistema Flexível da Manufatura 
 
 SENAI - SP, 2002 
 
 
Trabalho elaborado pela Escola SENAI Roberto Simonsen 
do Departamento Regional de São Paulo. 
 
 
 
Coordenação Geral Dionisio Pretel 
 
Coordenação Laur Scalzaretto 
Alcindo Daniel Favero 
 
Editoração Écio Gomes Lemos da Silva 
Silvio Audi 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Escola SENAI Roberto Simonsen
Rua Monsenhor Andrade, 298 – Brás 
CEP 03008-000 - São Paulo, SP 
Tel. 011 3322-5000 Fax. 011 3322-5029 
E-mail: senaibras@sp.senai.br 
Home page: http://www.sp.senai.br 
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI
Sumário
História da manufatura 07
Conceitos da automação da manufatura 09
Células flexíveis de Manufatura 17
Sistemas flexíveis de Manufatura 19
Dimensionamento de um FMS 27
Automação de fábrica 29
Mecatrônica 31
Evolução da manufatura 33
Cronograma evolutivo 35
Outras siglas da automação 37
Exemplo de um FMS 39
Bibliografia 41
 
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 7
História da manufatura
A manufatura possivelmente teve sua origem com os artesãos, homens e mulheres
habilidosos que fabricavam, em pequena escala, produtos que atendiam às
necessidades dos moradores de sua vizinhança.
Em geral, esses produtos eram utensílios, tecidos, ferramentas manuais e armas.
Esses artesãos tinham como forma de subsistência a fabricação dedicada de alguns
produtos e, pela troca e comercialização desses produtos, obtinham outros de que
necessitavam, além de alimentos.
Provavelmente, viajantes, tomando conhecimento dos produtos confeccionados em
determinadas regiões, passaram a levá-los de um lugar para outro e, pelo sistema de
trocas, tais viajantes enriqueceram, tornando-se grandes mercadores.
Com o surgimento desses mercadores, os produtos dos artesãos passaram a
atravessar fronteiras, trazendo fama para seus fabricantes e também para suas
cidades, uma vez que delas partiam seus produtos para serem comercializados.
O enriquecimento dos mercadores e o grande volume de mercadorias acumuladas,
juntamente com os problemas de segurança nas viagens, levaram esses comerciantes
a estabelecerem-se, criando instalações para o comércio de diversos produtos.
Com a expansão do comércio e o crescimento das cidades, era necessária a
fabricação em maior escala. Assim, os comerciantes criaram unidades de produção,
passando a contratar empregados. Surgiam, dessa forma, as Fábricas...
Vários e muito interessantes são os documentos desse surgimento das fábricas;
conturbado e controvertido, esse período trouxe as primeiras manifestações dos
artesãos, já subjugados pelo poder dos ricos comerciantes.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI8
A crescente demanda e o aumento da população principalmente nas grandes cidades,
levaram inventores, engenheiros e cientistas a idealizarem e construírem mecanismos
diversos que, associados entre si, eram capazes de acionar ferramentas. Surgiam,
dessa maneira, as máquinas, cujo mecanismo , no entanto, era movido pela força
humana e/ou animal.
Mais tarde, a força humana passou a ser substituída pela força de máquinas. As
máquinas a vapor, pioneiras, marcaram a Revolução Industrial e decisivamente o fim
do trabalho artesanal; outras máquinas de transformação de energia surgiram, tais
como atuadores hidráulicos e pneumáticos, motores elétricos e a combustão, etc.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 9
Conceitos da automação da
manufatura
Iniciaremos tratando de conceitos e fatores que surgiram no decorrer do
desenvolvimento da manufatura e suas implicações no trabalho.
Produção
A palavra produção é empregada na área de manufatura relacionada à idéia de
quantidade de produtos fabricados.
O ferreiro, um dos precursores da industria metal-mecânica, ao transformar a matéria-
prima utiliza-se de uma ferramenta aliada a sua força física e habilidade. Atualmente,
este ferreiro jamais conseguiria atender à demanda, já que seus métodos de
transformação são muito lentos, ou seja, de baixa produção. Aliás, com exceção dos
artistas, não é exagero afirmar que não é possível a sobrevivência de setor da
manufatura que se utilize exclusivamente de processos manuais.
Assim, há muito que os meios de produção estão se afastando dos processos
puramente manuais; hoje em dia, a fabricação dos diversos produtos que utilizamos no
nosso cotidiano se processa com a utilização de uma ou mais máquinas. Na verdade,
a cada dia a mão de obra vem se afastando da transformação direta da matéria-prima
em produto.
O ferreiro fabricava ferramentas e utensílios manualmente, valendo-se de ferramentas
que exigiam força e habilidade de manuseio.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI10
Força humana x força das máquinas
As máquinas transdutoras de energia, desde a máquina a vapor, motores elétricos,
cilindros hidráulicos e pneumáticos etc. passaram a substituir a força humana. No
entanto, a habilidade humana continuava indispensável para o controle dessas
máquinas. Tais máquinas não necessitavam da força humana para o acionamento de
seus movimentos, mas a habilidade humana para o controle da seqüência, da direção
e duração dos acionamentos continuava sendo imprescindível. Por exemplo, um torno
convencional exige um profissional habilidoso e experiente para operá-lo.
A força humana foi substituída pela força das máquinas, cabendo ao trabalhador
controlar adequadamente essas máquinas.
Na verdade, esse foi apenas o primeiro passo para o afastamento do homem do que
aqui chamamos de transformação direta da matéria-prima em produto...
A Divisão de Trabalho
O crescimento da população das cidades acarretou um aumento da demanda dos mais
diversos produtos. Consequentemente, as fábricas aumentaram sua produção para
atender às necessidades de mercado.
O número de operadores habilidosos e experientes para preparar e operar
satisfatoriamente as máquinas, ou seja, homens e mulheres com formação e
experiência, não era suficiente para atender às necessidades das empresas; surgiram
diversas instituições destinadas à preparação de profissionais, mas, ainda assim, a
demanda crescente clamava por uma maior produção.
A divisão do trabalho em tarefas elementares, subdividindo-se um trabalho complexo
em várias etapas mais simples (modelo de Taylor), em muito aumentou a capacidade
produtiva, uma vez que se tornou mais fácil treinar e capacitar os recursos humanos.
Para o desempenho de uma tarefa específica, o tempo de capacitação exigido é menor
e o operário não precisa de muitos pré-requisitos. Assim sendo, a produção pôde ser
aumentada. Além disso os processistas, técnicos responsáveis pela elaboração dessa
subdivisão em operações elementares, procuravam simplificar as partes que
constituíam o produto, aumentando ainda mais a produção.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 11
Habilidade humana x controladores
Apesar da divisão de trabalho ter contribuído para o aumento de produção, ainda
assim, para se operarem determinadas máquinas, era necessário experiência e
habilidade do operador. Tais profissionais representavam uma mão-de-obra mais cara
e muito disputada pelas diversa empresa. Assim sendo, a necessidade de máquinas
que realizassem uma seqüência preestabelecida de acionamentos, dispensando a
habilidade humana, tornou-se imperativa uma vez que não havia nos centros
industriais profissionais para atender à demanda sempre crescente de produção.
Inventores, engenheiros e cientistas passaram a idealizar e desenvolver projetos de
máquinas controladas.
Entende-se por máquina controlada aquela capaz de realizar uma seqüência de
acionamentos, tais como paradas e retomadas de motores, mudança de direção e
sentido dos movimentos, sem a intervenção humana.
O surgimentode "controladores" mecânicos através de cames e outros mecanismos
permitiu às máquinas realizarem uma série contínua de acionamentos, possibilitando
operações seqüenciadas sem a intervenção humana. Assim, apareceram teares,
máquinas de papel e impressão e, na área de usinagem, o torno automático, bastante
usado ainda nos dias atuais.
Com os avanços tecnológicos, os controladores eletromecânicos tiveram sua vez, e
inúmeras máquinas com tal tipo de controle foram desenvolvidas. Ainda encontramos
em muitas casas máquinas de lavar roupas controladas eletromecanicamente; nessas
máquinas, o controlador é constituído por um disco perfurado que, girando a
determinada rotação, aciona e desaciona motores, bombas d´água e eletroválvulas
em uma seqüência adequada às funções de lavagem, enxágüe e centrifugação das
roupa.
A maioria desses controladores eletromecânicos caíram em desuso devido a vários
fatores, tais como desgaste das partes mecânicas e principalmente a baixa
flexibilidade de controle. Trataremos desse conceito de flexibilidade mais à frente, pois,
embora atualmente em desuso, constitui-se em interessante objeto de estudo por sua
engenhosidade na multiplicidade de acionamentos.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI12
Os controladores através de painéis de relês, que estabeleciam uma seqüência de
acionamentos sucessivos convenientemente temporizados, também foram e ainda são
empregados.
A eletrônica nos controladores
Com o avanço da eletrônica, surgiram controladores eletroeletrônicos, controladores
lógicos, controladores lógicos programáveis, os comandos numéricos, os comandos
numéricos computadorizados, os computadores ... enfim, o homem passou a não ser
mais necessário para o controle das máquinas e as habilidades manuais já não são
mais imprescindíveis.
De fato, sob um ponto de vista restrito de operação, uma máquina moderna exige
pouca ou quase nenhuma habilidade do operador, são inúmeras as empresas onde a
operação é ensinada em poucas horas.
Embora o homem esteja se afastando da transformação direta da matéria- prima em
produto, novas profissões surgem. Um novo profissional é necessário para programar
o controlador da máquina, preparar a máquina, testar, corrigir parâmetros, efetuar
ajustes e iniciar a produção.
Para o trabalho com máquinas controladas, programadores e preparadores passam a
ser uma nova exigência. Mantenedores devidamente treinados e preparados também
são necessários para o bom trabalho dessas máquinas controladas.
Máquinas com controladores
As primeiras máquinas de controle numérico surgiram com o propósito de solucionar
problemas de geração de geometrias em tempos menores, sem a necessidade de
profissionais experientes e habilidosos. De fato, os fabricantes de máquinas CNC, a
princípio, dispunham-se, ao instalar uma máquina, a fornecer cursos para que qualquer
pessoa em pouco tempo estivesse apta a operá-la sem que fossem necessários anos
de experiência. Assim, qualquer jovem poderia facilmente aprender a operar uma
máquina CNC, lembrando, é claro, que, para programar e preparar a máquina
controlada, exige-se um profissional com maior tempo de estudo e alguns pré-
requisitos. No entanto, um único programador e preparador pode ser responsável por
um grande número de máquinas.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 13
Vejamos : O homem está se afastando da transformação direta da matéria- prima em
produto. Na produção através de máquinas controladas, o operador carrega a
máquina, ou seja, fixa o material em bruto num dispositivo apropriado, em seguida
aciona a máquina, aguarda (acompanha) enquanto as seqüências de operações são
realizadas automaticamente e, ao final, retira o produto, fixa outro material, repetindo-
se o ciclo.
Produtividade e repetibilidade
As máquinas controladas são incansáveis e podem repetir as mesmas tarefas
inúmeras vezes, sem que haja alterações dos produtos fabricados com o tempo, isto é,
claro, considerando-se os desgastes previsíveis de ferramentas. Já quando se operam
máquinas convencionais em tarefas repetitivas, não se consegue, por maior que seja o
esforço, manter durante todo o turno de trabalho a mesma exatidão em todas as
peças, ainda mais quando as exigências de produção aumentam e o ritmo de trabalho
precisa ser acelerado. As máquinas, ao contrário, não sentem fadiga e podem
trabalhar em altas velocidades por longos períodos, desde que se respeitem as
manutenções necessárias.
Assim, comparando o trabalho de máquinas convencionais com o trabalho de
máquinas controladas , concluímos que as máquinas controladas apresentam maior
repetibilidade do que as máquinas convencionais.
Quanto à produtividade, que é a relação entre a quantidade de peças produzidas (
produção) e o custo, as máquinas controladas apresentam maior produção com
menores custos, uma vez que o refugo ( peças não conformes ) e o retrabalho são
menores, além de uma mão-de-obra mais barata. Portanto, a produtividade das
máquinas controladas é maior do que a produtividade das máquinas convencionais.
Flexibilidade
As fábricas automatizaram-se, ou seja, máquinas controladas passaram a operar
substituindo máquinas convencionais, gerando grande aumento nas escalas de
produção. Os custos de produção se reduziram e os bens de consumo tornaram-se
mais acessíveis a um maior número de pessoas.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI14
A qualidade de vida da população das grandes cidades melhorou, principalmente nos
países mais ricos e industrializados, e os cidadãos passaram a usufruir de inúmeros
produtos que aumentam o conforto e a comodidade.
No entanto, os produtos industrializados ofereciam pouca ou nenhuma opção para o
comprador. Os meios de produção das fábricas, principalmente as linhas de produção,
não permitiam variações no produto. A indústria automobilísticas, por exemplo, nos
anos 60, oferecia uma cor ou duas a cada ano; assim, a produção, apesar de elevada,
era extremamente rígida.
Nos dias atuais, as linhas de pintura de automóveis operam com robôs, sendo possível
a troca de cores a cada carro, possibilitando às montadoras oferecer várias cores
diferentes. Dizemos que a linha de pintura tornou-se mais flexível, ou seja, passou a
oferecer uma variação maior para seus produtos.
Assim, a flexibilidade de um sistema de produção está relacionada à capacidade de
mudança que o sistema apresenta para a de fabricação de produtos diferenciados.
Em relação ao exemplo dado para a pintura de veículos, os fabricantes utilizavam
linhas de pintura por imersão da carroçaria em tanques de tinta, quando se desejava
mudar a cor do carro em produção - um longo tempo de preparação era exigido, uma
vez que os tempos para limpeza da tinta em uso e a preparação para a nova cor eram
elevados; justificava-se, portanto, a produção de um grande número de carros da
mesma cor.
Já uma linha moderna de pintura robotizada trabalha com um sistema de troca rápida
do punho do robô, possibilitando uma mudança também rápida da cor do veículo em
produção, chegando a ser possível a mudança de cor e modelo a cada carro. Assim,
podemos dizer que a pintura tornou-se mais flexível, sem perder a elevada capacidade
produtiva e a qualidade.
Cabe ressaltar que o desafio moderno da automação é o de produzir em larga escala e
com flexibilidade. A princípio, a alta produção parece ser antagônica à flexibilidade; no
entanto, sistemas modernos de produção tentam conciliar produção em larga escala
com flexibilidade do produto.
Podemos citar inúmeros exemplos de sistemas de produção que vêm se tornando
mais flexíveis. Uma máquina automatizada através de um CL (Controlador Lógico)
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 15
apresenta elevados tempos de preparação ( Set-Up), o que inviabiliza ou mesmo
impossibilita a mudança na fabricação de um determinado produto A para um outro
produto B; já uma máquina automatizadapor um moderno CLP ( Controlador Lógico
Programável ) mostra-se mais flexível, pois, sendo a programação mais simples
(amigável) e rápida, os tempos de preparação são reduzidos e a mudança de
produção do produto A para o produto B passa a ser viável.
É claro que estamos abordando os exemplos acima de uma forma simplificada, apenas
para evidenciar a tendência moderna rumo a sistemas de produção mais flexíveis.
Uma análise mais profunda da família de produtos é necessária para a implantação de
sistemas mais flexíveis, justificando-se investimentos com resultados.
A busca pela flexibilidade na produção está relacionada a aspectos intrínsecos da
natureza humana. Não poderemos abordar com profundidade tais aspectos, pois
fogem aos objetivos deste texto; porém, de uma forma simples e objetiva, podemos
afirmar que: Somos seres distintos, únicos, e, assim sendo, queremos produtos
diferenciados As empresas que não estiverem atentas a esse fato não sobreviverão
no mercado do futuro.
Diversas empresas que no passado eram sólidas e contavam com grande mercado
consumidor deixaram de existir, não por razões de qualidade ou custo de seus
produtos, mas simplesmente porque não estavam atentas ao fato acima abordado e
não souberam inovar diferenciando seus produtos. As indústrias de eletrodomésticos,
por exemplo, que não se renovam continuamente para lançar modelos diferenciados
estão fadadas ao fracasso. O mesmo é valido para montadoras, indústrias de
calçados, vestuário, enfim, para todos os setores em que os produtos envolvem outros
valores agregados além do simples desempenho de suas funções.
Queremos enfatizar, dessa maneira, que a busca pela automação das plantas
produtivas e por maior flexibilidade dos meios de produção é irreversível. O Sistema
Flexível da Manufatura está inserido nessa automação e concorre definitivamente com
objetivos da produção com flexibilidade.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 17
Células flexíveis de
manufatura
Conforme já vimos, os processos produtivos com máquinas convencionais necessitam
da habilidade do operador, enquanto que os processos produtivos com máquinas
controladas não necessitam da intervenção do homem durante o processo de
fabricação. No entanto, em ambos os processos a carga da matéria- prima e a
descarga do produto são feitas pelo operador.
As células flexíveis de manufatura são sistemas produtivos compostos por uma
máquina controlada e um sub-sistema de alimentação, ou seja, um sub-sistema que
carrega (load) a máquina com a matéria-prima ou material em bruto (blank) e
descarrega (unload) o produto ou peça trabalhada. Geralmente, esse sub-sistema de
alimentação é composto pelo equipamento que carrega e descarrega a máquina mais
um equipamento onde um certo número de material bruto é disposto, para posterior
processamento.
Os equipamentos de alimentação podem ser robôs, manipuladores, trocadores de
mesa, ou outros equipamentos de maior ou menor complexidade, que trabalham
integrados à máquina controlada.
A cada fim de processo, a máquina emite um sinal de controle para o sub-sistema dar
início ao descarregamento e novo carregamento. Dizemos usualmente que o sub-
sistema de alimentação é ¨escravo¨ da máquina controlada. Quanto ao equipamento
em que dispomos os blanks, esse pode ser escravo da máquina ou do sub-sistema de
alimentação.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI18
A figura abaixo ilustra uma célula flexível de manufatura.
Podemos notar que a FMC apresenta uma certa autonomia de operação, ou seja,
trabalho sem assistência do operador. Essa autonomia depende do número de peças e
do tempo de processo de cada peça.
É possível a produção de uma ou mais peças, a máquina pode trocar de programa
automaticamente de acordo com as dimensões do blank, ou com o número de peças
programado.
A célula apresentará uma maior ou menor flexibilidade dependendo do grau de
flexibilidade dos seu componentes. Por exemplo, para uma FMC de usinagem com
máquina CNC, quanto maior o número de ferramentas da máquina, maior será a
flexibilidade, ou seja, a capacidade de usinar diferentes peças e, quanto maior a
memória da máquina, maior número de programas de diferentes peças - o mesmo é
valido para o sub-sistema de alimentação.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 19
Sistemas flexíveis de
manufatura
O Sistema Flexível de Manufatura - FMS (Flexible Manufaturing System) - como o
próprio nome sugere, deve ter a capacidade de produzir diferentes produtos em
diferentes quantidades, numa certa ordem estabelecida na programação de produção,
sem a necessidade de preparação do equipamento (set-up), e sem a intervenção do
homem dentro de um certo período de tempo. Se isto for possível, poderemos produzir
lotes de peças em tempos compatíveis para atender à demanda de mercado.
Teremos, assim, uma linha de produtos diversificada e passível de rápidas mudanças,
ou, em outras palavras, “Flexível”. Os sistemas tradicionais de produção em massa
possuem uma grande velocidade de produção, porém sem a possibilidade de
modificação do produto, ou seja, do ponto de vista do produto, teremos um sistema de
produção “rígido”.
A definição de um FMS é controvertida; enquanto para alguns autores o sistema está
restrito à planta produtiva, para outros, o sistema é mais abrangente, envolvendo
sistemas CAD/CAM além de DNC . Da mesma forma, cada empresa fabricante define
à sua maneira os Sistemas Flexíveis de Manufatura. De qualquer modo, existem
alguns pontos comuns em todas as definições.
Aqui consideraremos que o FMS esteja restrito à planta produtiva, incluindo apenas um
DNC (Direct Numerical Control) para a transmissão de programas gerados em outras
áreas da fábrica.
“Um Sistema Flexível de Manufatura é basicamente um conjunto de máquinas
controladas, integradas a sub-sistemas de alimentação, e o controlador de cada
máquina possui portas de comunicação com um computador central. Esse computador
controla ainda um sub-sistema de transporte e estações de cargas. O sistema
apresenta também um armazém (Ware house) onde matéria-prima e peças são
estocadas.”
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI20
Áreas de Aplicação
A implantação de sistemas de produção mais flexíveis vem crescendo devido à
necessidade de produtos diferenciados e em menores lotes. Várias empresas no Brasil
têm investido em Máquinas CNC e em Células Flexíveis de Manufatura. Porém, não se
têm verificado investimentos em Sistemas Flexíveis de Manufatura porque é preciso
que se defina uma família de peças para justificar um investimento em FMS. Essa
definição não é trivial e depende de vários fatores, como política de investimentos e
expansão de mercado, entre outros.
O gráfico da figura a seguir mostra as relações entre os sistema produtivos, a
variedade de produtos e a quantidade a ser produzida.
No eixo vertical, a variedade de peças, e, no horizontal, a quantidade de peças.
Onde:
F(D) -Ferramenta ( Dispositivo),
M -Mecanismo,
A -Atuador,
C -Controlador e
S - Sensores.
Freqüentemente, se diz que para a execução de uma tarefa complexa, equilibrando
facilidade de produção e ganho na produtividade, os sistemas flexíveis são os mais
indicados.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 21
A instalação de qualquer sistema complexo deve ser analisada cuidadosamente e feita
passo a passo. Isto permitirá uma avaliação segura dos resultados e o
redirecionamento dos próximos passos quando necessário.
O FMS pode apresentar risco técnico e financeiro. Normalmente, projetos deste porte,
mesmo para empresas automobilísticas ou aeroespaciais, são norteados pela posição
da empresa no mercado..
O tempo de preparação – Pallet
No FMS, o manuseio de material, tanto de matéria-prima (blank) como de peças em
processo e produto acabado, é feito utilizando-se mesas móveisou “ pallets”.
Em máquinas convencionais ou mesmo em máquinas CNC isoladas, a peça a ser
trabalhada é fixada à mesa da máquina e, durante essa fixação, a máquina permanece
parada, ou seja, sem produzir. Chamamos esse tempo de tempo de preparação.
Assim, para máquinas CNC isoladas, o tempo de produção de uma peça será a soma
do tempo de processo e do tempo de preparação.
Sendo:
T prod. – tempo de produção.
T proc. – tempo de processo.
T prep. – tempo de preparação.
T prod. = T proc. + T prep.
Num FMS, as máquinas possuem uma mesa intercambiável, que chamaremos
“PALLET”. Sendo assim, a matéria-prima, ou blank, é fixada ao pallet, em uma
estação de carga e, a partir daí, é transportada para a máquina ou para o armazém.
Com o sistema de pallets, o operador carrega e descarrega o pallet e não a máquina.
Dessa maneira, o tempo de preparação desaparece, ou seja, o tempo de preparação
está sobreposto ao tempo de usinagem, uma vez que, enquanto uma peça é
processada, o operador fixa outro blank em outro pallet.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI22
Para o FMS, o tempo de processo será:
Sendo:
T prod. – tempo de produção.
T proc. – tempo de processo.
T prod. = T proc.
Normalmente, nos dispositivos para pallets de centros de usinagem CNC, podemos
fixar várias peças, conforme ilustra a figura abaixo.
Dessa maneira, tem-se um aproveitamento maior do volume de usinagem da máquina.
Componentes do FMS
Máquinas controladas – As máquinas controladas são os elementos principais do
FMS, pois os processos de transformação da matéria- prima em produto, ou seja , o
conjunto de operações depende dessas máquinas.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 23
Na foto a seguir, temos uma Máquina CNC – Um Centro de Usinagem Horizontal
Mazak.
Máquina de Limpeza
A máquina de limpeza ou lavagem de pallets elimina os resíduos do processo, como
cavaco, carepas, limálias etc, a fim de que a peça possa seguir automaticamente para
outro processo, ou ser posicionada em outro dispositivo ou pallet. Os resíduos
interferem em medições e posicionamentos das peças.
Nem todos os FMS têm máquina de limpeza de pallets, assim sendo, essa máquina
não é imprescindível para o funcionamento do FMS.
Sistemas de transporte
Utilizam-se veículos controlados para o transporte de pallets, para distâncias entre
máquinas e entre estas e estações de carga e/ou armazém.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI24
Os veículos mais usados são os AGV e os RGV.
AGV - (Automatic Guide Vehicle) - Veículo autoguiado.
Trata-se de um robô transportador, ou carro autoguiado, alimentado por baterias e
impulsionado por motores elétricos.
Os AGV dispõem de uma estrutura complexa de controle e podem transitar na planta
produtiva por diversas trajetórias; geralmente seguem trilhas demarcadas no piso
através de sensores ópticos, ou trilhas magnéticas através de sensores indutivos.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 25
RGV - (Rail Guide Vehicle)
Trata-se de um robô cartesiano guiado por trilhos, ou transelevador controlado.
Também impulsionado por motores elétricos, os RGV são alimentados pela rede.
Dispõem de controladores mais simples do que dos AGV.
Os RGV são mais velozes do que os AGV. Desenvolvem velocidades de 100m/min,
enquanto os AGV atingem 60 m/min.
Estoque -(Ware House) - Local onde os pallets são armazenados.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI26
No estoque temos pallets carregados com matéria-prima (blank), peças em processo,
ou mesmo pallets vazios.
Estação de Carga
Local onde os pallets são carregados e descarregados com peças ou ferramentas.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 27
A operação de carga e descarga pode ser manual ou feita através de robôs. Os robôs
são normalmente utilizados nas situações de troca de pallets para peças em processo,
enquanto a operação manual é mais utilizada para carga de matéria-prima e descarga
de produtos acabados.
Computador Gerenciador
Computador central do FMS, onde a programação de produção é feita.
Local de assistência do FMS, em que se verificam em tempo real, na tela do
computador, a operação do sistema e possíveis falhas, permitindo fazerem-se
modificações da programação.
Principais vantagens do FMS:
a) Redução do lead-time, que é o tempo entre a ordem de produção e a entrega do
produto.
b) Redução do inventário morto, que são as peças em processos.
c) Redução do manuseio de materiais e produtos.
d) Redução de inspeções e verificações.
e) Utilização de dispositivos de fixação convencionais.
f) Autonomia de trabalho sem operador.
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI 29
Dimensionamento de um
FMS
O dimensionamento de um FMS é baseado, principalmente, nos tempos de processo e
tempos de preparação dos pallets. Deve-se também considerar a autonomia desejada
para o sistema.
Durante a operação do FMS, acontecem paradas imprevisíveis e paradas para
manutenção. Sendo assim, considera-se um rendimento de 80% (modelo japonês).
Para um mês de trinta dias, temos:
30 x 24 = 720 horas
considerando 80 % temos 576 horas/mês.
Geralmente, adota-se um mês de 570 horas, para o FMS.
Quantidade de máquinas necessárias
Este item do dimensionamento de um FMS é baseado nos tempos de processo de
cada peça e nas quantidades de peças a serem produzidas.
Sendo:
QM - Quantidade Mensal: Quantidade de peças a serem produzidas em um mês.
Ttp - Tempo total de produção: Obtido pela soma dos tempos de processos de cada
peça multiplicada pelas quantidades mensais dessas peças.
Ttp = QM1 x (Tp1) + QM2 x ( Tp2 ) + ... QMn x (Tpn)
Sistemas flexíveis da manufatura
SENAI30
Assim, o número de máquinas necessárias para a produção será:
Número de Máq. = Total de tempo de produção
 Total de horas/mês
Número de estações de carga
O número de estações de carga é obtido pela razão entre o tempo médio de
preparação dos pallets e o tempo médio de processos das peças divido pelo número
de máquinas.
Número de Est. = Tempo médio de preparação
 Tempo médio de processos/ Número de máq.
Número de Pallets
O número de pallets é calculado considerando-se a autonomia desejada, ou seja, o
período de produção sem operador.
Isto se deve ao fato de que o operador pode preparar mais pallets do que a
capacidade produtiva das máquinas. Os pallets preparados vão sendo armazenados
na ware house.
Outros dimensionamentos
Para a operação automática do sistema, ou seja, sem operadores, deve-se considerar
o número de ferramentas sobressalentes necessárias.
A remoção de resíduos também deve ser prevista e convenientemente dimensionada
para o trabalho automático.
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Automação de fábrica
Nos dias de hoje, a Automação de Fábricas, ou Factory Automation (que trataremos
por FA), tem passado por uma notável evolução. Nessa evolução, a inovação
tecnológica proporcionada pela mecatrônica assumiu um papel de importância
indiscutível.
A FA promove a automação de toda uma fábrica, controlando e gerenciando o setor de
produção, o setor de projetos, transporte, armazenamento de produtos e de matérias-
primas.
Podemos dizer que a FA é mais abrangente do que o FMS, e que em muitos casos
uma FA pode ser constituída por vários FMS integrados por um computador que
gerencia a produção, otimizando os recursos e produzindo sem excessos o necessário
para atender aos pedidos dos clientes. Tal gerenciamento possibilita uma operação da
planta produtiva com estoques mínimos e mesmo sem estoque de produtos acabados
e matéria-prima. As FAs trabalham em sistema Just-in-time.
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Mecatrônica
Desde as primeiras páginas deste texto, estamos tratando de máquinas controladas, e
o objetivo da mecatrônicaé justamente embarcar controladores eletrônicos em
máquinas.
A Mecatrônica, junção da palavra mecânica com a palavra eletrônica, surgiu no Japão
e hoje constitui um termo internacionalmente aceito; pode ser considerada como uma
tecnologia global, envolvendo a combinação de mecanismos eletronicamente
controlados.
Quando se trata da escolha de mecanismos controlados eletronicamente, é
necessário um conhecimento de mecânica, de eletrônica e de informática.
De maneira geral, ao considerarmos a configuração básica de uma máquina
controlada, verificamos que há necessidade de:
1. Um mecanismo que transmita o movimento,
2. Um atuador que acione o mecanismo,
3. Um controlador que comande o atuador e
4 Um sensor que forneça os sinais ao controlador.
Fazer o projeto básico de uma máquina ou equipamento controlado consiste em
selecionar, dentre um conjunto de:
(1) mecanismos
(2) atuadores
(3) controladores
(4) sensores
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Aqueles que, montados conjuntamente, melhor atendam às exigências de velocidade,
precisão de posicionamento, rigidez, resistência e outras características necessárias à
máquina.
Na verdade, pode ser considerado um quadro abrangente para as leis gerais de
funcionamento da máquina:
F – ferramenta
D- dispositivo
M- mecanismos
A- atuadores
C- controlador
S- sensores
A linha de cima ( Feed-back) indica que a malha de controle é fechada.
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Evolução da manufatura
A partir das máquinas convencionais, observamos uma crescente evolução da
automação industrial:
MC > MA > NC > CNC > FMC > FMS > FA > CIM > IMS . . .
MC - Máquinas Convencionais - Máquinas de baixa produção, totalmente dependente
das habilidades do operador, tanto no que diz respeito à carga da matéria-prima e
descarga do produto, quanto à operação da máquina.
MA - Máquinas Automáticas - Máquinas que, por meio de sistemas mecânicos tipo
cames, fins-de-curso, sistemas hidráulicos ou pneumáticos, conseguem repetir um
determinado processo de manufatura com relativa precisão, porém rígido ou de difícil
adaptação a novos produtos.
CN - Controle Numérico - Sistemas que executam ciclos produtivos previamente
programados de maneira seqüencial, etapa a etapa. A leitura da programação é feita
através de fitas previamente perfuradas ou gravadas. Durante a execução dos ciclos,
não é necessária a intervenção do homem.
CNC - Controle Numérico Computadorizado - Sistemas que englobam as
características dos CN, porém, incorporam os recursos de microprocessamento para
controle de trajetória, gerenciamento e armazenamento de programas. Os tipos de
operações e a complexibilidade dos ciclos dependem do grau de sofisticação do CNC.
Esses equipamentos suportam sistemas mais complexos como: trocador automático
de ferramenta, controle automático do contraponto, troca automática de castanhas em
centros de torneamento, sistemas automáticos de referenciamento da peça e
ferramenta, medição em processo e outros.
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FMC - Célula Flexível de Manufatura - Consiste em uma máquina CNC e um robô (ou
manipulador) integrados no mesmo sistema. Desta maneira, as operações de carga e
descarga do produto são feitas automaticamente.
FMS - Sistema Flexível de Manufatura - Conjunto de FMC integrados que otimiza a
automação. Neste caso, o transporte de uma célula a outra e das células de produção
para o armazém é feito automaticamente.
FA - Automação Industrial - Conjunto de FMSs integrados, resultando numa fábrica
automática.
CIM - Sistema de Gerenciamento Total - Além dos processos produtivos, os processos
não-produtivos, como projeto, suprimentos, marketing etc, são integrados e
gerenciados por uma rede emissora (network), controlada por computador.
IMS - Inteligent Manutacturing System – Sistema que integra internacionalmente as
empresas, enfocando condições de mercado e interesses diplomáticos. Um IMS tem o
mundo como seu cliente, e não apenas a região limitada de um país.
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Cronograma evolutivo
Os processos de produção em escala industrial têm início na Revolução Industrial do
século XVIII, e desenvolveram-se exponencialmente, como podemos observar no
cronograma abaixo:
1794 - utilização de Torno Mecânico;
1945 - desenvolvimento de método de medição para hélices de helicópteros;
1952 - O M.I.T. desenvolve o primeiro controle numérico (NC), porém sem a torre
automática de ferramentas (ATC);
1958 - K&T desenvolve o Centro de Usinagem;
1960 - K&T desenvolve sistema para máquinas NC;
1967 - Molins patenteia o primeiro FMS;
1968 - A Japan Railway utiliza DNC (direct input numerical control machine);
1980 - A General Motors desenvolve o MAP;
1965 - falta de mão-de-obra - utilização de Linhas Transfer para suprir a falta de
pessoal;
1975 - o mercado internacional demonstra a necessidade de pequenos lotes. Começa
o final da produção em massa de um único lote;
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1980 - O mercado internacional mostra tendência para a produção diversificada de
produtos em pequenos lotes - flexibilidade na produção – FMS;
1982/86 - A moeda japonesa (yen) torna-se forte, o que dificulta as exportação de
produtos japoneses. Para baixar os custos de produção, utiliza-se Automação
Industrial (FA) e o sistema total de gerenciamento CIM, que controla todo o conjunto
produtivo através de uma rede de emissão de dados (Network ).
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Outras siglas da automação
CAE - Computer Aided Engineering
Computador Auxiliando Engenharia. Envolve disciplinas de apoio ao projeto,
permitindo verificar itens projetados quanto a suas características de resistência,
deformação, condutibilidade térmica, entre outras.
CAD - Computer Aided Design
Computador Auxiliando o Projeto. Envolve o conceito, a forma, a textura, as cores.
Geralmente, os itens projetados são modelados em 3 dimensões.
Algumas vezes, aparece a sigla CADD, sendo o segundo D indicativo de Drafting, ou
representação bidimensional.
CAM - Computer Aided Manufacturing
Computador Auxiliando a Manufatura. Conceito extremamente amplo. Vale para
qualquer aplicação de computadores que auxiliem funções de manufatura. Por
exemplo: controle de máquinas CNC, controle de processos, supervisão de sistemas
de transportes, geração de caminhos de ferramentas para uma geometria gerada em
CAD.
CAPP - Computer Aided Process Planning
Computador Auxiliando Planejamento e Processo. Sistemas que facilitam a definição
de processos para novos itens e o planejamento da sua produção.
CAT - Computer Aided Testing
Computador Auxiliando Testes. O computador monitora os testes (ensaios de
propriedades físicas, medições) e coleta dados para serem analisados.
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CEP - Controle Estatístico de Processos
Metodologia de monitoramento de processos, baseada em técnicas estatísticas.
Permite o acompanhamento da variabilidade do processo, permitindo ao usuário
tomar medidas corretivas e preventivas para reduzir as variações de produtos.
CLP - Controlador Lógico Programável
Os controladores lógicos programáveis fazem o controle seqüencial de atuadores.
Normalmente não têm função de cálculo.
DNC - Direct Numerical Control
Controle Numérico Direto. Este conceito está associado não só a transferências de
arquivos NC entre computadores e máquinas CNC, mas também ao controle de
parâmetros das máquinas e dos processos.
JIT - Just In Time
Estratégia de produção adotada inicialmente pela Toyota, visando à redução (atenção -
não se trata de eliminar totalmente) dos inventários (estoques intermediários). O
controle da necessidade de insumos/itens para a produção é feito por meio de cartões
(KANBAN).
KAIZEN
Palavrajaponesa associada à idéia de melhorias contínuas. Tem caráter procedural,
isto é, uma vez obtida uma melhoria, esta é padronizada por meio de procedimentos.
MRP - Material Resource planning
Planejamento dos Recursos Materiais. Sistemas que monitoram a situação dos
recursos necessários à produção. Com base nas informações coletadas, “planeja” a
melhor programação de produção.
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Exemplo de um FMS –
Sistema Flexível de
Manufatura
Componentes do Sistema
Centro de usinagem Mazatech H 500 / 50
Torno a CNC Slant Turn 28N ATC MILL CENTER
Robô de carga e descarga ( manipulador ) de peças do torno ( Roboflex )
Prateleira para estoque - ( Ware House )
30 Pallets
Estação de carga e descarga
Robô transportador de pallets - ( RGV )
Computador FMS – CPU - ( Host )
Características das máquinas
Centro de Usinagem Horizontal
Fabricante : YAMAZAKI MAZAK CORP. - JAPÃO
Modelo : MAZATECH H500 / 50
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Curso
Eixo X ( movimento esquerda e direita) 720 mm
Eixo Y (movimento vertical) 650 mm
Eixo Z (movimento frente e traz) 650 mm
Dimensão do pallet 500 x 500
Velocidades do eixo árvore 35 - 6000 rpm
Avanço rápido 24.000 mm/min
Assento da ferramenta MAS BT – 50
Capacidade de armazenagem de ferramenta 40
Método de selecionar ferramenta caminho mais curto
Tempo de troca de ferramenta 2.5 seg
Tempo de cavaco a cavaco 6.5 seg
Motor do eixo-árvore AC 15 Kw
Comando CNC MAZATROL T-32 32 bits
TORNO CNC
Fabricante : YAMAZAKI MAZAK CORP.
Modelo : SLANT TURN 20N ATC MILL CENTER
Diâmetro máximo sobre barramento 420 mm
Diâmetro máximo usinável 420 mm
Comprimento máximo usinável 1000 mm
Velocidades do eixo-árvore 12 - 3000 rpm
Trocador Automático de Ferramentas 16 ferram.
Capacidade de armaz. de ferram.
Motor do eixo da ferramenta rotativa AC 3,7 KW
Motor do eixo-árvore AC 19,5 KW
Comando CNC MAZATROL T-32 32 bits
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Bibliografia
1 MACHADO, Aryoldo. Comando Numérico Aplicado às Máquinas- Ferramentas.
São Paulo: Ícone Editora Ltda. 1986
2 SENAI - MECATRÔNICA. Seminário de Automação.
São Paulo: 1993
2 MONTEIRO SCOPEL, Lelis Marlon. Automação Industrial, Uma Abordagem
Técnica e Econômica.
Caxias do Sul . RS - Editora da Universidade de Caxias do Sul.
4 WILLIANS, David J. Manufaturing System.
John Wiley e Sons, Inc.
5 INGERSOLL, Engineers, Integrated Manufaturing.
IFS Publications Ltd. UK.
6 HORDESKI, Michael. Computer Integrated Manufaturing .
	02_apresentaçao.pdf
	Eládio Villas Bôas
	02_apresentaçao.pdf
	Eládio Villas Bôas

Outros materiais