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Cidade Ano VINICIUS MARTINS ARAÚJO JORGE ANÁLISE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃO APLICADO NO SETOR INDUSTRIAL Poços de Caldas 2021 ANÁLISE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃO APLICADO NO SETOR INDUSTRIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia de Controle e Automação. Orientador: Bruno Souza VINICIUS MARTINS ARAÚJO JORGE VINICIUS MARTINS ARAÚJO JORGE ANÁLISE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃO APLICADO NO SETOR INDUSTRIAL Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade Pitágoras, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia de Controle e Automação. BANCA EXAMINADORA Prof(a). Titulação Nome do Professor(a) Prof(a). Titulação Nome do Professor(a) Prof(a). Titulação Nome do Professor(a) Poços de Caldas, 11 de novembro de 2021. AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer primeiramente a Deus, por guiar meus passos e estar ao meu lado em mais esta etapa da minha vida, aos meus familiares e aos amigos que estiveram dispostos a me ajudar e apoiar de alguma maneira para a realização deste sonho. JORGE, Vinicius Martins Araújo. Análise do processo de automação aplicado ao setor industrial. 2021. 33. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) – Faculdade Pitágoras, Poços de Caldas, 2021. RESUMO A automação é uma das maiores responsáveis pela otimização dos processos industriais, pois permite que as empresas produzam em larga escala, fazendo com que mais pessoas possam adquirir os produtos e consequentemente, movimentar positivamente a economia. O nascimento da automação ocorreu no período da Revolução Industrial, sendo uma das áreas de maior avanço tecnológico contínuo. Por conseguinte, as empresas têm a necessidade de atualizar cada vez mais os processos industriais por meio da automação, aprimorando as tecnologias já utilizadas e implementando novos recursos. O presente trabalho tem como objetivo compreender como é realizado o processo de automação industrial. Esta é uma pesquisa de caráter bibliográfico e através dela entrará em pauta a aplicação da automação dentro das organizações, as tecnologias e os softwares mais utilizados e as vantagens da utilização desta tecnologia. Conclui-se, ao final deste estudo, que mesmo o avanço tecnológico sendo evidente, ainda há a necessidade de capacitar a força de trabalho humana para que assim saiba gerenciar corretamente a automação industrial. Palavras-chave: Automação. Industrial. Ferramentas. Benefícios. Riscos. JORGE, Vinicius Martins Araújo. Analysis of the automation process applied in the industrial sector. 2021. 33. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) – Faculdade Pitágoras, Poços de Caldas, 2021. ABSTRACT Automation is one of the most responsible for the optimization of industrial processes, because allows companies to produce on a large scale, allowing more people to purchase products and, consequently, positively move the economy. The automation was born in the Industrial Revolution and it is one of the areas of greatest continuous technological advance. Therefore, companies have the need to increasingly update industrial processes through automation, improving the technologies already used and implementing new features. This work aims to understand how the industrial automation’ s process is carried out. This is a bibliographic research and through it, the application of automation in the organizations, the most used technologies and software and the advantages of using this technology. It is concluded, at the end of this study, that even with technological advances being evident, there is still a need to train the human workforce so that they know how to correctly manage industrial automation. Keywords: Automation. Industrial. Tools. Benefits. Scratchs. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Tipos de automação relativos ao volume de produção e variedade do produto.......................................................................................................................18 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Evolução dos níveis de automação ......................................................... 14 Tabela 2 – Facilitadores e Inibidores da integração entre TI e TA............................23 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CLP Controlador Lógico Programável TI Tecnologia da Informação TA Tecnologia da Automação SCADA Supervisory Control and Data Acquisition CAP Controlador de Automação Programável SDCD Sistema Digital de Controle Distribuído IHM Interface Homem-Máquina CIM Computer Integrated Manufacturing MES Manufacturing Enterprise System ISA-95 International Society of Automation SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 10 2. A APLICAÇÃO DA AUTOMAÇÃO DENTRO DAS INDÚSTRIAS ........................ 12 2.1 INÍCIO E ASCENSÃO............................................................................................. 12 2.2 NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO ...................................................................................... 14 2.3 AUTOMAÇÃO E AUTOMATIZAÇÃO ..................................................................... 15 2.4 ÁREAS DA AUTOMAÇÃO ..................................................................................... 16 3. TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL................................................... 19 3.1 HARDWARE E SOFTWARE .................................................................................. 19 3.2 SISTEMA SCADA ................................................................................................... 20 3.3 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS (CLP, CAP E SDCD).............................. 20 3.4 INTERFACES HOMEM-MÁQUINA ........................................................................ 21 3.5 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS .............................................................................. 22 3.6 REDES DE AUTOMAÇÃO ..................................................................................... 22 3.7 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO ............. 23 4. BENEFÍCIOS E RISCOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL .................................. 25 4.1 COMPETITIVIDADE ............................................................................................... 25 4.1 CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS ................................................................ 26 4.2 CARACTERÍSTICAS ECONÔMICAS .................................................................... 28 4.3 ORGANIZAÇÃO DE TRABALHO .......................................................................... 29 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS..................................................................................... 30 REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 32 10 1. INTRODUÇÃO O contínuo avanço tecnológico é fundamental para manter e aumentar a competitividade entre as empresas. Entre os principais avanços tecnológicos ocorridos no setor industrial, a automação dos equipamentos possui destaque. A introdução de recursos que possibilitam o funcionamento programado das máquinas, viabilizou a velocidade de processamento, produzindo em larga escala. Como resultado,as indústrias de grande porte são altamente dependentes da automação industrial. Um sistema de automação, é aquele em que a máquina executa quase todas as operações em determinado procedimento. No entanto, o homem ainda possui a função de supervisionar a ação dos sistemas. Por conseguinte, é necessário validar a tecnologia de forma a compreender o funcionamento de cada máquina. A automação industrial é extremamente necessária para que as indústrias obtenham eficiência em todos os processos envolvidos na produção. O contínuo avanço tecnológico permite que as indústrias obtenham vantagem em seu fluxo produtivo, garantindo sempre o mesmo padrão no produto final gerado. As indústrias possuem significativa participação na porcentagem do PIB (Produto Interno Bruto) brasileiro, sendo um dos setores que mais enriquece o país e são as grandes responsáveis pelo desenvolvimento do mesmo, pois além de gerar inúmeros postos de trabalho, possibilitam o avanço tecnológico. Grande parte dos processos industriais são automatizados, pois possuem um conjunto de tecnologias como softwares e equipamentos que possibilitam garantir a rapidez na produção. Vale ressaltar que um processo automatizado garante que não haja falhas na produção, possibilitando a redução dos custos com mão-de-obra e consequentemente, reduzindo o custo final do produto. De que forma é possível melhorar os processos industriais por meio da automação? Novas tecnologias surgem a cada ano, enquanto outras são aprimoradas, aumentando as possibilidades de implementação de recursos. É válido enfatizar que a automação também está presente em processos residenciais e comerciais, porém, o objetivo do presente trabalho foi compreender como é feito o processo de automação industrial. Para uma maior delimitação do assunto, o objetivo geral foi subdividido em três objetivos específicos. O primeiro, foi estudar a aplicação da automação dentro das indústrias; o segundo, indicar as tecnologias mais utilizados no 11 sistema de automatização; e o terceiro, apontar os benefícios e riscos da automação para o setor industrial. Neste trabalho foi adotado um estudo bibliográfico de pesquisa qualitativa e explicativa objetivando a revisão do tema especificado. A revisão bibliográfica é composta por publicações científicas, tais como monografias, livros e artigos. Os locais de busca foram o google acadêmico e a biblioteca física da Instituição Pitágoras. Houve um periódico de pesquisa sobre o tema de 2001 até 2018. Com base na bibliografia mencionada, foi feito o levantamento bibliográfico em relação à aplicação da automação nas indústrias. Para a busca foram utilizadas as seguintes palavras- chave: automação, industrial, ferramentas, benefícios e riscos. 12 2. A APLICAÇÃO DA AUTOMAÇÃO DENTRO DAS INDÚSTRIAS Ao longo dos anos as indústrias passaram por diversas transformações à fim de tornarem-se mais competitivas. No que tange a essas transformações, a automação tornou-se uma das mais significativas. Será abordado a seguir, o avanço da aplicação da automação no setor industrial. O seu nascimento, deu-se no período da Revolução Industrial e possui contínua evolução. 2.1 INÍCIO E ASCENSÃO A automação industrial começou a conquistar destaque na sociedade no século XVIII, com o início da Revolução Industrial, originada na Inglaterra. (ROGGIA; FUENTES, 2016). A Revolução Industrial foi um grande marco na história da humanidade, pois a partir dela ocorreu o crescimento da tecnologia, com o intuito de inovar e trazer eficiência nos processos. Neste período, de acordo com Roggia e Fuentes (2016), surgiram diversas inovações tecnológicas, como máquinas com capacidade de produzir com precisão e rapidez e novas fontes energéticas, como o vapor, aplicado em máquinas para substituir a energia hidráulica e/ou muscular. Em razão disso, houve a substituição da produção manual pela utilização de máquinas, gerando o fenômeno denominado industrialização. A industrialização gerou o aprofundamento da divisão de trabalho e especialização, além de colaborar para o desenvolvimento dos mais diversos setores de serviços. O que antes era operado por dezenas de pessoas, passou a ser gradualmente substituído pelo maquinário Para Silveira e Lima (2003), embora o conceito de indústria já estivesse bastante estabelecido, no início do século XX, os ambientes das fábricas desfrutavam ainda de processos de automação ainda muito rudimentares. Foi em 1909 que Henry Ford, fundador da Ford Motor Company, idealizou a chamada Linha de Montagem, dando o real gatilho para o desenvolvimento industrial e o que pode ser considerado o início pré-existencial da automação industrial. Nesta época, a indústria foi revolucionada com a aplicação da ideia de Henry Ford, surgindo novos conceitos, como por exemplo o da produção em massa, os 13 pontos de montagem e estoques intermediários. Ribeiro (2011), afirma que Ford criou o método para a especialização dos operários em poucas funções, fazendo com que um automóvel inteiro ficasse pronto em poucas horas. Tal sistema de produção industrial ficou conhecido como Fordismo e é essencial para compreender a evolução dos processos produtivos. Vale ressaltar que Ford apropriou-se dos princípios do Taylorismo, criado por Frederick Taylor no século XIX. Conforme Camargo (2014), a automação industrial surgiu como o primeiro elemento a facilitar a produção em grande escala, fazendo com que os produtos tivessem a mesma característica, indepentemente do tempo de produção e da quantidade. Tal controle manifestou-se por meio da união entre o homem e as máquinas. À partir do conceito de produção em grande escala, diversos bens de consumo que antes eram restritos a uma pequenina parcela da população, tornaram-se mais baratos e consequentemente, mais acessíveis. Sendo assim, economia fortaleceu-se, influenciando outras indústricas a seguirem pelo mesmo caminho. Ribeiro (2001), alega que em meados do século XX, a General Motors já produzia automóveis em larga escala, e nos anos que seguiram a morte de Henry Ford, já possuía máquinas automatizadas por relés. Silveira e Lima (2013), afirmam que a programação das máquinas era de grande complexidade, com a instalação de painéis e cabines de controle com centenas destes dispositivos mecânicos, o que exigia grande interconectividade e muita energia, além de outros problemas estruturais como cabeamento e vida útil dos relés. De acordo com Camargo (2014), no ano de 1968 surgiu o primeiro Controlador Lógico Programável (CLP) para substituir os relés, tornando assim o sistema muito mais eficiente, econômico e flexível. Conforme Silveira e Lima (2013), o CLP é definido como uma miniatura de computadores industriais que contém um hardware e um software que são utilizados para realizar as funções de controles. O CLP foi rapidamente difundido, tornando-se essencial nas linhas de produção. Rosário (2012), afirma que nos dias atuais não sobrevivem indústrias de grande porte sem o uso da Automação Industrial. Ao alcançar um desempenho superior ao manual, houve o entendimento de que o uso da tecnologia possui infinitas vantagens, sendo o principal deles, o financeiro. 14 2.2 NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO De acordo com Ribeiro (2001), a história da humanidade é composta por processos de redução do esforço físico humano para realizar trabalhos. Sendo assim, a automação passou por um processo evolutivo, no qual ocorreu transformações denominadas como níveis de automação e que estão expostas na tabela 1, a seguir. Tabela 1: Evolução dos níveis de automação Níveis de automação Evolução Ferramentas manuais Utilização pelos homens das cavernas de ferramentas manuais para substituir suas mãos. Ferramentas acionadas Processo de energizar as ferramentas manuais, ocorrido na Revolução Industrial. Quantificaçãoda energia Quantificação de energia para “controlar” a tarefa realizada. A medição torna-se parte do processo, embora ainda seja fornecida para o operador tomar a decisão. Controle programado com realimentação A máquina segue um programa predeterminado e um sistema que usa a medição para corrigi-la. O operador deve observar a máquina para ver se tudo funciona bem. Controle da máquina com cálculo Em vez de realimentar uma medição simples, este grau de automação utiliza um cálculo da medição para fornecer um sinal de controle. Controle lógico das máquinas Um sistema controla a lógica de funcionamento conjunta do processo. Controlador lógico programável (CLP) O controlador lógico programável é um equipamento eletrônico, digital, microprocessado, que pode controlar um processo ou uma máquina e ser programado ou reprogramado rapidamente. Sistema supervisório Conjunto de hardware e software que permite ao operador ter acesso a informações de um processo. Este dispositivo coleta dados dos vários dispositivos de campo, e os apresenta em formato padronizado e amigável, permitindo uma eficiente interação com o processo. Fonte: Elaborada pelo autor com base em Ribeiro (2001, p. 16) Por meio da tabela 1, é possível analisar toda a evolução que ocorreu com a automação e afirmar que esta evolução é um processo contínuo, onde o homem sempre busca a melhoria dos processos industriais. O início de tudo ocorreu nos tempos mais remotos, quando o homem da caverna passou a utilizar ferramentas que 15 pudessem substituir as mãos, como por exemplo, uma simples faca. Em seguida, surgiram outras máquinas simples, como a alavanca e a roda. Tal processo evolutivo teve crescimento exponencial e o estopim dessa evolução, deu-se no período da Revolução Industrial, surgindo constamente sistemas mais complexos e eficientes, os quais apesar de serem criados pelos homens, substituem cada vez mais postos de trabalho. De acordo com Rosário (2012), as primeiras formas de automação ocorreram nas indústrias de processo por meio de equipamentos de controle e de medição elétrica e pneumática. Porém, o conceito de automação ganhou relevância no ano de 1949, quando surgiu a máquina de controle numérico. Tal máquina ocasionou mudanças profundas na produção industrial, pois possuia a capacidade de de realizar operações pré-programadas sem a intervenção direta de um operador. Sendo assim, a automação evoluiu com o passar dos anos e se ajustou conforme as necessidades de cada indústria. 2.3 AUTOMAÇÃO E AUTOMATIZAÇÃO O conceito de automação por diversas vezes é confundido com o conceito de automatização, portanto é válido diferenciá-los. Conforme Rosário (2012), a automatização é sinônimo de mecanização, pois está relacionada à realização de movimentos automáticos, repetitivos e mecânicos. Já a automação, possui sistemas capazes de atuar com eficiência de acordo com as informações recebidas, comportando-se como um operador humano, pois pensa e executa a ação mais apropriada. De acordo com Vilela e Vidal (2003), automação é o controle de processos automáticos e automático significa ter um mecanismo de desempenho próprio, que faça uma ação solicitada em tempo pré-estabelecido ou em resposta a certas condições. Sendo assim, na automatização a inteligência do sistema depende da interferência do homem para realizar correções, enquanto na automação a inteligência é centrada na própria máquina. Na indústria, o CLP é um exemplo clássico de ferramenta que automatiza os sistemas de produção pois necessitam de critérios definidos por um programador. 16 Costa, Lisboa e Santos (2003), alegam que a automação industrial trata-se de um assunto mais amplo e com características multidisciplinares, pois em um simples projeto pode abranger eletricidade, informática, eletrônica, química, física e matemática. A Engenharia de Controle e Automação e a Engenharia de Produção possuem amplo destaque no setor industrial, pois a primeira desenvolve e projeta tecnologias para as máquinas, enquanto a segunda se responsabiliza por controlar a produção. Conforme afirma Rosário (2012), a automação industrial funciona da seguinte maneira: um computador recebe sinais oriundos de diversos instrumentos de medidas da indústria. Em seguida, compara tais medidas com os valores ideais e realiza operações matemáticas com o intuito de gerar sinais corretivos. Tais sinais instruirão os dispositivos de controle fazendo a alteração mais apropriada a cada instante, com o objetivo de conduzir uma produção ótima sob um determinado ponto de vista, seja ele qualitativo ou quantitativo. A comunicação estabelecida entre as máquinas gera um sistema de produção de alta qualidade, propiciando maior produtividade por conta da redução de tempo e gerando melhoria da qualidade. 2.4 ÁREAS DA AUTOMAÇÃO A constante evolução tecnológica, permite a implementação de novos tipos de automação industrial para que possam acompanhar as necessidades das linhas de produção. Camargo (2014), afirma que os sistemas de automação industrial podem ser classificados de acordo com a flexibilidade e o nível de integração entre as operações do processo de fabricação. Pode-se categorizar os tipos de automação, são elas: automação fixa (rígida), automação programável e automação flexível. É necessário que a indústria conheça a fundo as características de cada tipo, para que possam ser aplicadas adequadamente. Conforme Roggia e Fuentes (2016), tais sistemas serão definidos a seguir: a) Automação fixa (rígida): caracteriza-se pela rigidez da configuração do equipamento, pois é baseada em uma linha de produção projetada para a fabricação de um produto específico. Não é possível alterar as 17 configurações de controle sem realizar um novo projeto. Proporciona elevadas taxas de produção e o equipamento é inflexível quanto à variedade de produção. Ou seja, nesse sistema não existe a possibilidade de customização de produtos, pois produz peças idênticas e em ampla escala. Apesar da relativa inflexibilidade, reduz os custos por unidade produzida; b) Automação programável: quando o volume de produção de cada item é baixo, utiliza-se esse tipo de automação. O equipamento de produção possui a aptidão de alterar a sequência de operações para acomodar diferentes configurações de produtos, facilitando a produção de uma variedade de produtos. Podem ser utilizados programas distintos para fabricar novos produtos, entretanto o tempo de programação pode ser significativo; c) Automação flexível: une características da automação rígida e da automação programável. O equipamento é programado para produzir uma multiplicidade de produtos com algumas características ou configurações distintas, porém a variedade dessas características é mais limitada do que a que é permitida pela automação programável. Toda indústria busca por alta produtividade, mas ao mesmo tempo por bom retorno financeiro. Nem sempre esses dois fatores caminham juntos. Portanto, diante da diversidade de tais sistemas, é importante que cada empresa saiba qual é a opção mais adequada para implementar. De acordo com Costa, Lisboa e Santos (2013), a automação é um caminho sem volta, uma vez que, verificada a melhoria no processo, e o aumento da competitividade daquela empresa no mercado, não haverá mais a necessidade, e nem a vontade de regredir a uma estrutura mais antiga, fazendo com que a tendência seja sempre a melhoria. Rosário (2012), explica que na automação existe uma autoadaptação a diferentes condições, de modo que as ações conduzam aos melhores resultados. A posição relativa dos sistemas de automação para volumes e variedades de produtos distintos, pode ser observado na figura 1, a seguir. 18 Figura 1: Tipos de automação relativos ao volume de produção e variedade doproduto Fonte: Roggia e Fuentes (2016, p. 19) Por meio da figura 1, verifica-se que o volume de produção é inversamente proporcional à variedade de produtos, pois quanto maior a variedade de produtos, menor será o volume de produção e quanto menor a variedade, maior será o nível de produção. Conforme afirma Camargo (2014), a automação completa que é a união de todos os processos funcionando sob controle de um sistema de informação, pode ser definida como Automação Integrada. Ou seja, simboliza todos os processos e a gestão de operações com tecnologias de comunicação e informação. Ribeiro (2001) ressalta que apesar da automação reduzir a mão de obra empregada, ela ainda requer operadores. Portanto, pode-se afirmar que mesmo que a automação se comporte como um operador humano, ela não é totalmente independente, o que exige com que as indústrias a aplique corretamente. 19 3. TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL De acordo com Costa, Lisboa e Santos (2013), a utilização dos computadores na indústria se iniciou há aproximadamente 66 anos e continuou a ser atualizado nas últimas décadas. Quando um usuário possui um sistema operacional à sua disposição, é capaz de manipular qualquer máquina de forma rápida e eficiente. Lamb (2015), explica que os sistemas automatizados utilizam diversos produtos mecânicos e elétricos de uma imensa variedade de fabricantes. É necessário ter o conhecimento sobre o funcionamento e a aplicação de diversos dispositivos em um sistema e os catálogos dos fabricantes são fontes de informações sobre as técnicas gerais de automação e controle. Para complementar o quadro a ser exposto, é necessário compreender o significado de sistema. O termo é muito abrangente, mas no ramo da indústria, trata- se de um conjunto de componentes que interagem para desempenhar determinada função. De modo que haja melhor compreensão da tecnologia da automação, também entrará em pauta a interligação da Tecnologia da Informação (TI) com a Tecnologia da Automação (TA). 3.1 HARDWARE E SOFTWARE Conforme Natale (2018), o computador não pode ser considerado apenas como uma estrutura física (circuitos, interconexões, componentes, periféricos), mas como um conjunto de duas partes que dependem uma da outra: hardware e software, pois um software não serve para nada sem que haja um hardware para executá-lo. Camargo (2014), define software como sendo um conjunto de componentes lógicos de um computador ou sistema de processamento de dados. De forma mais clara, trata-se de uma junção de comandos escritos em uma linguagem de programação. Já o hardware, é a parte física dos computadores, ou seja, equipamentos e peças que permitem o funcionamento do determinado dispositivo. Zuge (2014), afirma que os hardwares e softwares mais comuns no ramo da automação industrial são: Sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), Controladores programáveis (CLP, PAC e SDCD), Interfaces Homem- Máquina (IHMs), Sistemas Supervisórios e Redes de Automação. 20 3.2 SISTEMA SCADA Conforme Lamb (2015), o termo SCADA é usado para se referir a sistemas de monitoração e controle da planta industrial (está relacionada com o produto em que determinada unidade industrial fabrica). Os sistemas SCADA são compostos por um ou mais controladores, comunicação, pelo menos uma estação mestre e o IHM (Interface Homem – Máquina). Este tipo de sistema permite que as organizações controlem ativos de diversos tamanhos, pois há uma facilidade de se obter informações a respeito das operações, bem como tomar decisões com base nos dados recebidos. Em alguns casos, pode ser controlado automaticamente. Os dados coletados permitem analisar as máquinas em tempo real, possibilitando a identificação de tendências para que possa ser aprimorada. De acordo com Natale (2018), estações mestras de SCADAs modernos possuem hardware e software em arquitetura distribuída. O poder de processamento se distribui entre vários computadores e servidores que se comunicam por meio de uma rede local. Os sistemas distribuídos possuem mais vantagens em relação aos centralizados, como por exemplo, os servidores necessitam de menor poder de processamento, o custo dos computadores é reduzido, há uma maior facilidade de atualização ou adição de servidores e a falha de um servidor não afeta todo o sistema. 3.3 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS (CLP, CAP E SDCD) Yamaguchi (2009), explica que os controladores programáveis são responsáveis por monitorar e controlar diretamente o processo por meio de aplicativos armazenados no controlador, onde possui toda a lógica de execução. Pode ser considerado o principal equipamento de um sistema de automação. Os controladores programáveis são classificados em CLP (Controlador Lógico Programável), CAP (Controlador de Automação Programável) e SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído). Conforme Zuge (2014), tais sistemas serão definidos a seguir: a) CLP: são dispositivos que permitem o controle de máquinas e processos da planta industrial. O controlador armazena rotinas para este controle 21 na memória interna do dispositivo. A capacidade dos CLPs pode variar de 64 a 500 pontos de entrada e saída. A aceitação do CLP no mercado foi rápida, pois se baseia na lógica de relés e símbolos já conhecidos por engenheiros e técnicos nas fábricas. b) CAP: combina características de tecnologias de automação mais atuais, como CLPs, SDCDs e computadores pessoais. Opera utilizando uma plataforma única em domínios múltiplos, incluindo lógica, drives e controle de processo. Possui uma base de dados única e opera permitindo a troca de dados com vários fornecedores de equipamentos. c) SDCD: são equipamentos de elevada confiabilidade cujas funções de controle e processo já vêm pré-programadas. Normalmente, eles são equipamentos fornecidos por um único fabricante e possuem uma arquitetura altamente integrada. 3.4 INTERFACES HOMEM-MÁQUINA De acordo com Camargo (2014), a IHM é um hardware utilizado em processos automatizados que possui um conjunto de teclas para navegação ou inserção de dados. Consiste em um dispositivo que facilita a interação entre o operador e os sistemas. A IHM fornece dados e informações detalhados em tempo real e funciona como um computador de uso comum. Possui uma linguagem simples, de modo que facilita a comunicação entre o trabalhador e a máquina. A complexidade deste hardware varia de acordo com sistema e o modo em que será utilizado. A função da IHM é acessar o CLP e unir as atividades que deverão ser feitas, para que assim o operador possa tomar as decisões necessárias. As interações entre a IHM e o CLP tornam os processos industriais mais eficientes. Para Moraes e Castrucci (2007), os principais benefícios das IHMs são: operação amigável, aumento da capacidade de comando e controle, flexibilidade para alterações e facilidade de programação e manutenção. 22 3.5 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS Conforme Zeilmann (2012), os sistemas supervisórios são softwares que têm como objetivo possibilitar atuação e o controle da planta industrial automatizada remotamente. Eles são baseados em tags que correspondem aos nomes que associam um endereço ou registrador de um dispositivo ao sistema de supervisão e controle, como unidade básica de dados. De forma mais objetiva, um sistema supervisório destina-se a armazenar em um banco de dados, as informações sobre um processo de produção. Estas informações podem ser obtidas por meio de sensores capazes de capturar as variáveis de processos. Zuge (2014), explica que a programação desses sistemas é feita em computadores pessoais e é possível que os operadores monitorem variáveis, enviem comandos, configurem parâmetros, visualizem a planta industrial e monitorem alarmes. Devido à utilização de um computador pessoal comum, o desenvolvimentode aplicativos é facilitado, diminuindo os custos com hardware. 3.6 REDES DE AUTOMAÇÃO De acordo com Zuge (2014), as redes de automação são utilizadas para conectar dispositivos utilizados na automação industrial, como sensores, atuadores, controladores lógicos programáveis, racks remotos e sistemas supervisórios. A utilização das redes de automação industrial, possibilitam muitas vantagens, tais como menor quantidade de cabos, instalação mais rápida, facilidade de manutenção e flexibilidade. Por outro lado, também apresenta desvantagens, como a necessidade de mão de obra especializada para manutenção, necessidade de um aplicativo específico para manutenção e instalação, implantação de redes diferentes, dependendo do tipo de dispositivo e devido a pequena quantidade de cabos, caso um cabo apresente problemas, todos os dispositivos daquele segmento podem perder a comunicação. 23 3.7 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO Zuge (2014) aponta que diversos projetos de automação estão interligados com tecnologia da informação. Esta integração fornece dados desde o chão de fábrica até o nível gerencial das empresas. Trata-se de uma conexão de extrema importância para que a informação necessária alcance a todos. Silva (2013), apresenta uma metodologia que define facilitadores para a integração entre a Tecnologia da Informação (TI) e a Tecnologia da Automação (TA). Contudo, quando esta integração é mais difícil, é porque também existem inibidores. A tabela 2 a seguir, apresenta os fatores que facilitam e inibem esta integração: Tabela 2: Facilitadores e Inibidores da integração entre TI e TA Elementos Facilitadores Inibidores Recursos Humanos Integração de departamentos de TI e TA. Falta de profissionais qualificados, baixa cooperação entre os departamentos de TI e TA. Hardware Desenvolvimento de alta tecnologia e equipamentos confiáveis. Hardware desatualizado e problemas de funcionalidade devido à interrupção do fluxo de serviço. Software Desenvolvimento de aplicativos de TI. Comprometimento da segurança nos sistemas automatizados, impactos na troca de sistemas operacionais. Negócio Alinhamento da estratégia de negócios e tecnologia, esforços de desenvolvimento e padronização. Falta de alinhamento na estratégia de negócios e tecnologia. Fonte: Elaborada pelo autor com base em Zuge (2014, p. 52) A fim de organizar os facilitadores e inibidores (tabela 2), eles foram agrupados em quatro, sendo eles Recursos Humanos, Hardware, Software e Negócio. É necessário que as empresas estejam atentas a estes fatores, de modo que suas ações sejam facilitadores da integração entre TI e TA. 24 A união entre TI e TA traz diversos benefícios, como por exemplo, torna os sistemas mais eficientes e padronizados, além de monitorá-lo de forma mais eficiente e oferecer transparência de informações. Este alinhamento é essencial estrategicamente e também para o desenvolvimento tecnológico da empresa. Zuge (2014), afirma que os principais modelos de integração entre TI e TA, são: Computer Integrated Manufacturing ou Manufatura Integrada por Computador (CIM), Manufacturing Enterprise System ou Sistema de Execução de Manufatura (MES) e International Society of Automation ou Sociedade Internacional de Automação (ISA- 95). No que tange ao CIM, Silva (2013), afirma que seu objetivo foi a integração de várias ilhas de automação. Baseado em Camargo (2014), trata-se da integração da área de produção com as demais áreas da fábrica. É uma necessidade das indústrias, pois estão menos sujeitas a erros quando possuem mais informações. Em relação ao MES, Camargo (2014), explica que tem como finalidade gerenciar diversas fontes de informações de produção e centralizá-las a um único sistema. Estas informações são valiosas para que os gestores do sistema possam dar direcionamento e tomar decisões. O MES é um dos softwares disponíveis em um sistema SCADA. Por fim, Zuge (2014), afirma que o ISA-95 é um padrão internacional para integração de sistemas de controle desenvolvido por fabricantes globais. Pode ser utilizado com vários objetivos, como por exemplo, um guia para definição das necessidades do usuário, seleção de fornecedores do MES e base para desenvolvimento de sistemas e base de dados MES. De acordo com Camargo (2014), devido à complexidade dos projetos de automação e integração com TI, é necessário que as indústrias possuam um Plano Diretor da Automação Industrial (PDAI). Segundo Zuge (2014), com o PDAI pode-se alcançar a melhor troca de informações entre os níveis hierárquicos da empresa, consolidação das tecnologias atuais e futuras, além da previsão de investimentos em hardware, software e serviços. A implantação do PDAI pode ser feita tanto por uma equipe interna quanto pela contratação de uma empresa terceirizada especializada. 25 4. BENEFÍCIOS E RISCOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL De acordo com Camargo (2014), os principais objetivos de quando uma indústria opta por um processo de fabricação automatizado são: aumentar a eficiência e maximizar o volume produzido, reduzir o consumo de energia e de matéria-prima, emitir menor quantidade de gases poluentes para a atmosfera, aumentar a segurança dos processos ou das pessoas envolvidas e diminuir a dependência da intervenção humana nos processos e máquinas. A demanda pelos sistemas de automação industrial está aumentando cada vez mais, visto que os benefícios são muito atraentes. A modernização das indústrias surgiu com o intuito de se adaptar às exigências do mercado tecnológico. Contudo, a automação também pode apresentar riscos caso sejam realizadas práticas inadequadas na inserção destes sistemas. É necessário ressaltar que toda tecnologia possui seus benefícios e riscos. No decorrer deste capítulo será possível verificar que mesmo as vantagens da aplicação da automação industrial, carregam consigo uma desvantagem. Portanto, cabe às organizações balancearem de forma que os benefícios se sobressaiam diante dos riscos. 4.1 COMPETITIVIDADE A automação é sinônimo de eficiência e de competitividade, e a competitividade é um fator extremamente estimulante no mercado industrial, pois gera valor aos produtos e negócios. A competitividade também está interligada com a capacidade de inovação. Conforme afirma Rosário (2009), a competição entre as empresas não está mais no presente, mas sim no futuro. Como todo organismo vivo, as empresas também possuem o seu ciclo de nascimento, juventude, maturidade, declínio e eventualmente, no pior caso, de morte. De acordo com Camargo (2014), para evitar o declínio das indústrias, é imprescindível que elas possuam um ciclo de desenvolvimento. Para isso, um dos caminhos é a atualização tecnológica que se encontra presente na automação industrial. 26 Uma indústria se torna competitiva quando atua com diferenciais, deixando para trás diversos concorrentes. Ao ficarem para trás, os concorrentes também buscarão melhorar seus produtos e serviços. Sendo assim, o mercado torna-se cada vez mais valorizado. O aumento da competitividade requer ações, pois é preciso construir uma imagem que transmita credibilidade e consequentemente, haverá o alcance da aceitação e da preferência pelos produtos que são ofertados por determinada indústria. Conforme Rosário (2009), é necessário a modernização dos parques industriais, pois os produtos tornam-se competitivos por meio do aumento da qualidade, da redução de custos e de preços mais acessíveis. Ao se preocuparem com a melhoria de seus produtos, o nicho torna-se disputado e consequentemente, as empresas concorrentes elevam seu patamar com o objetivo de se destacarem mais. De acordo com Lamb (2015), os privilégios advindos da adoção da automação pelas indústrias, normalmente nãoeliminarão as concorrências, mas apresentarão vantagens competitivas que a indústria procurará manter. Todo o mecanismo adotado pelas empresas, não deve apenas buscar por competitividade, mas também impor barreiras à imitação. 4.1 CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS O processo de produção passa por várias etapas executadas por diferentes elementos presentes no ambiente industrial. (BAYER; ECKHARDT; MACHADO, 2011). Portanto, é possível afirmar que os benefícios de se conhecer a fundo um processo, facilita a aplicação da automação e diminui os riscos de possíveis perdas durante a produção. A automação é aplicável em processos repetitivos, consistentes e que envolvem um grande volume de produtos. De acordo com Lamb (2015), os sistemas de automação são capazes de inspecionar e identificar rapidamente produtos fora de um determinado padrão de produção, permitindo o controle estatístico do processo e gerando produtos mais consistentes e uniformes. 27 Em uma indústria, não basta apenas possuir as mais sofisticadas e modernas máquinas do mercado, é necessário também, gerenciar e controlar todos os processos que são realizados da maneira mais assertiva possível. O planejamento é tão importante quanto o produto final. Conforme afirma Camargo (2014), a direção de uma organização é um grande desafio, pois a quantidade de dados gerados ao longo de todo o processo produtivo é extremamente extensa. A tomada de decisões sem que haja o auxílio das ferramentas da TI, é praticamente impossível. Vale ressaltar que mesmo as tecnologias mais avançadas podem apresentar inúmeras falhas ao serem executadas, as quais podem resultar em perdas totais da produção ou em uma produção totalmente defeituosa, gerando grandes prejuízos para a empresa. O poder da tecnologia é evidente, contudo, há um limite tecnológico, e sendo assim, nem todas as tarefas podem ser automatizadas. Apesar da autonomia das máquinas, os homens ainda precisam fornecer orientação e controle, supervisionar a tecnologia, coletar e comparar dados. Lamb (2015), afirma que mesmo com a tecnologia, alguns produtos ainda requerem tarefas manuais, como aqueles em que a produção e montagem de produtos têm inconsistência de tamanhos, necessitando da manipulação humana. Além disso, algumas tarefas custam mais para serem automatizadas do que para serem realizadas manualmente. De acordo com Rosário (2009), a inovação tecnológica também requer criatividade, pois não basta apenas reproduzir o que as outras indústrias já fizeram sem acrescentar algo novo e que faça a diferença. Cada empresa, deve analisar seus processos e verificar quais tarefas poderão ser substituídas por máquinas em um futuro próximo, além de estimular tarefas que exigem criatividade e desenvolvimento de tecnologia. O rápido ritmo de mudança gera novos desafios às empresas, portanto é necessário que elas se mantenham sempre em movimento, estando atentas e abertas a mudanças. A única certeza sobre a tecnologia, é que ela continuará evoluindo ao longo dos séculos. Portanto, as tarefas mais intelectuais e menos operacionais, devem ser valorizadas. 28 4.2 CARACTERÍSTICAS ECONÔMICAS Lamb (2015), argumenta que a automação serve como um catalisador para a melhoria da economia de empresas e da sociedade, pois países que incorporaram a automação mais rapidamente, como a Alemanha e o Japão, aumentaram seu produto nacional bruto e o padrão de vida no século XX. O principal objetivo de uma indústria é obter o máximo de produtividade a um custo reduzido, combatendo desperdícios e aproveitando os recursos da melhor maneira possível. Conforme destaca Lamb (2015), a automação além de aumentar a produtividade, aumenta também a segurança operacional. Além disso, proporciona a consistência dos processos, reduzindo custos e despesas diretas com mão-de-obra humana. Porém, é necessário ressaltar que o custo inicial para o desenvolvimento da automação é alto e o custo de manutenção também não pode ser desprezado. Toda tecnologia requer investimento e o investimento em automação industrial pode render de médio à longo prazo, mas sem dúvidas, será um investimento duradouro se for aplicado corretamente. Um bom investimento é aquele capaz de cobrir e remunerar o capital que nele foi aplicado. De acordo com Vilela e Vidal (2003), o custo total da implantação de um sistema automatizado está além da simples compra de equipamentos modernos. Este custo pode incluir diversas outras despesas, muitas vezes ainda maiores, como por exemplo, o treinamento dos funcionários e as perdas e transtornos com o tempo de interrupção da produção. Bayer, Eckhardt e Machado (2011) alegam que para uma indústria implantar ou modificar um processo produtivo, toda a situação financeira em que ela se encontra deve ser analisada. Rosário (2009), destaca que todo gestor deve conhecer os custos do produto para definir o melhor preço de mercado, que será aquele capaz de cobrir todo o gasto com a produção e o investimento em tecnologias. Outro fator econômico e necessário, é conhecer os preços das indústrias concorrentes, objetivando a competitividade e o retorno financeiro. Desta forma, todo projeto novo a ser implantado, deve ser estudado e considerado viável para ser aplicado de maneira satisfatória. 29 4.3 ORGANIZAÇÃO DE TRABALHO Os sistemas de automação, principalmente os processos contínuos, reduzem a frequência e a quantidade de mão-de-obra humana requerida, mas ao mesmo tempo, altera intensamente a qualidade desta ação. Além de diminuir a necessidade de retrabalho, otimiza o produto final gerado. Baseado em Lamb (2015), os operadores humanos que realizam tarefas de trabalho pesadas, monótonas ou em ambientes de risco (como temperaturas extremas e atmosferas tóxicas e radioativas), podem ser substituídos por máquinas automatizadas. Camargo (2014), reforça que com a evolução da tecnologia, cada vez mais máquinas são utilizadas em tarefas nas quais não exigem talentos típicos humanos. As tarefas repetitivas são muito bem executadas por máquinas, pois realizam esse trabalho de forma rápida e precisa, sem se cansarem ou se entediarem, garantindo a produtividade constante. De acordo com Bayer, Eckhardt e Machado (2011), apesar dos benefícios, a automação trouxe alguns impactos para a sociedade, como o aumento do nível do desemprego, principalmente em áreas que atuam profissionais com baixo nível de qualificação. Além disso, a experiência de um trabalhador torna-se rapidamente obsoleta. Vilela e Vidal (2003), afirmam que certamente os controles automáticos se instalam no lugar dos operadores, muitas vezes um robô substitui dezenas ou até centenas de homens em uma linha de produção. Esta mudança, faz com que os profissionais das indústrias necessitem cada vez mais de uma especialização, buscando competências para que possam realizar outras atividades, nas quais possam utilizar cada vez mais o cérebro e cada vez menos a força física. Cabe às empresas terem como interesse a especialização de trabalhadores, pois assim, muitos operários podem deixar a tradicional linha de montagem para aprender eletrônica e programação, ou apenas acompanhar de perto as linhas de montagem em trechos já automatizados, com conhecimento necessário para intervir sempre que for necessário. Portanto, é imprescindível capacitar a força de trabalho humana e não apenas substituí-la por máquinas. 30 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A utilização da automação industrial é um dos pilares das indústrias de grande porte, pois esta tecnologia possui infinitas vantagens, sendo o principal deles, o financeiro. O presente trabalho buscou com objetivos compreender a aplicação da automação industrial, indicar as tecnologias mais utilizadas neste sistema e apontar os benefícios e riscos da sua utilização. De forma geral é possível afirmarque todos os objetivos foram alcançados satisfatoriamente. Durante o período da Revolução Industrial, devido à substituição da mão-obra- humana por máquinas, nasceu a automação industrial que evolui constantemente com o passar dos anos. A flexibilidade e o nível de integração entre as operações no processo de fabricação, são fatores para determinar o sistema de automação a ser utilizado, pois quanto maior a variedade de produtos, menor será o volume de produção e quanto menor a variedade, maior a produção. A produção em larga escala não apenas enriqueceu as indústrias, como também tornou mais acessível os bens de consumo à toda população. São diversas as tecnologias utilizadas no ramo da automação industrial, destacando-se principalmente o Sistema Scada, os Controladores Programáveis, as Interfaces Homem-Máquina, os Sistemas Supervisórios e as Redes de Automação. É necessário o alinhamento entre a Tecnologia da Informação e a Tecnologia da Automação, pois através delas, os sistemas serão mais eficientes e apresentarão maior transparência de informações, fornecendo dados desde o chão de fábrica até o nível gerencial. O poder da tecnologia é visível, mas apesar da autonomia das máquinas, elas ainda requerem a supervisão humana. Vale ressaltar que possuir as tecnologias mais sofisticadas não garante o correto funcionamento do processo produtivo, podendo ocasionar riscos caso não haja planejamento. No que tange aos benefícios da utilização da automação, destaca-se a competitividade de mercado, pois é um fator estimulante que possibilita gerar valor ao que é produzido, bem como a necessidade de inovação das indústrias para que obtenham maior credibilidade e alcancem a preferência dos produtos ofertados. Como propostas para futuros trabalhos recomenda-se o estudo mais aprofundado sobre os Sistemas SCADA, a aplicação da automação industrial no setor 31 automobilístico, o impacto da automação no setor empregatício e os principais desafios da gestão desta tecnologia. 32 REFERÊNCIAS BAYER, Fernando Mariano; ECKHARDT, Moacir; MACHADO, Renato. Automação de sistemas. 2011. 100 f. Dissertação (Livre Docência) – Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, Santa Maria, 2011. CAMARGO, Valter Luis Arlindo de. Elementos de automação. Londrina: Editora Saraiva, 2014. COSTA, Isabele Morais. LISBOA, Stella Neves Duarte. SANTOS, Talita Pitanga. Automação Industrial. 2003. 4 f. Dissertação – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2003. Disponível em: . (Acessado em: 13 set. de 2021). LAMB, Frank. Automação industrial na prática. Porto Alegre: Editora AMGH, 2015. MORAES, C.C.D.; CASTRUCCI, P.L. Engenharia de automação. 2º ed. São Paulo: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A, 2007. NATALE, Ferdinando. Automação industrial: série brasileira de tecnologia. São Paulo: Editora Saraiva, 2018. RIBEIRO, Marco Antônio. Automação industrial, 4º ed. Tek Treinamento & Consultoria Ltda. Salvador, 2001. Disponível em: . (Acessado em: 16 abr. de 2021). ROSÁRIO, João Maurício. Automação industrial. São Paulo: Editora Baraúna, 2009. ROGGIA, Leandro; FUENTES, Rodrigo Cardozo. Automação industrial. Universidade Federal de Santa Maria, Colégio Técnico Industrial de Santa Maria, Rede E-Tec Brasil, 2016. Disponível em: . (Acessado em: 15 abr. de 2021). SILVA, Élcio Brito. 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TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 3.1 HARDWARE E SOFTWARE 3.2 SISTEMA SCADA 3.3 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS (CLP, CAP E SDCD) 3.4 INTERFACES HOMEM-MÁQUINA 3.5 SISTEMAS SUPERVISÓRIOS 3.6 REDES DE AUTOMAÇÃO 3.7 TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E TECNOLOGIA DA AUTOMAÇÃO 4. BENEFÍCIOS E RISCOS DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 4.1 COMPETITIVIDADE 4.1 CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS 4.2 CARACTERÍSTICAS ECONÔMICAS 4.3 ORGANIZAÇÃO DE TRABALHO 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS REFERÊNCIAS