AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ESTUDO DIRIGIDO

Prévia do material em texto

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL 
Olá pessoal! 
 
Durante este módulo B 2015, observamos que a revolução industrial ocorreu 
na segunda metade do século XVIII e muitos fatos marcantes ocorreram desde então. 
A revolução industrial pode ser dividida em três fases, sendo a primeira entre os anos 
de 1760 e 1860. O fato marcante nessa primeira fase foi a Máquina a vapor na 
Inglaterra. 
A primeira fase da Revolução Industrial durou cerca de 100 anos, a segunda 
fase durou próximo de 50 anos e a terceira fase dura até os dias de hoje. Nesta terceira 
fase, o fato característico que marcou seu início foi o surgimento das grandes 
indústrias, empresas multinacionais. 
Na automação industrial é comum o uso de servomecanismo, que é um 
dispositivo que transforma sinais elétricos em movimentos mecânicos. 
Dependendo da natureza das operações de produção, as empresas são 
classificadas em dois tipos: 
1. Indústria de manufatura – ex. Computadores e Carros 
2. Indústria de processo – ex. Cimento e Plásticos. 
O processo de transformação da matéria-prima em produto final, envolve uma 
série de etapas de trabalhos que podem ser manuais, feitos por máquinas, com uso 
de ferramentas especiais, com consumo de energia (elétrica, ar, hidráulica) etc. Na 
maioria das vezes a execução dessas etapas são feitas nas empresas, e essas 
empresas podem ser divididas em dois tipos distintos de acordo com a natureza das 
operações. São elas: 
1. Indústria de Manufatura: são empresas que produzem artigos individualizados, 
esses produtos são facilmente identificados ao longo do processo e são 
conhecidos como bens discretos. Nessa categoria se enquadram os 
automóveis, computadores, eletrodomésticos, autopeças e outras. 
2. Indústria de Processos: caracterizado por produtos que durante sua fabricação 
não podem ser identificados individualmente, e são conhecidos como produção 
de bens contínuos. Nesse tipo de indústria se enquadram as empresas que 
produzem substâncias químicas, fabricação de plásticos, produtos derivados 
de petróleo, energia elétrica, comida processada, sabão, aço, cimento entre 
outros. 
Após a descoberta da máquina a vapor por James Watt, em meados do século 
XVIII, aconteceu a Revolução Industrial, a qual revolucionou o sistema produtivo, 
passando de um processo de manufatura para um processo mecânico, ou seja, por 
meio da indústria mecânica, com a inserção de máquinas que aumentavam o 
rendimento do trabalho e a produção. A Revolução Industrial passou por três fases 
bem distintas e chega aos dias de hoje fortalecida nos conceitos de se produzir com 
menores custos, maior qualidade, maior produtividade etc. Dentro das indústrias 
atuais, existem modos de classificar as atividades de produção em função da 
quantidade elaborada de produto. São estes: 
1. Job shop – característica principal é o baixo volume. Os tamanhos dos lotes 
industriais são pequenos, às vezes contendo apenas um produto. 
2. Grupo/lote – envolve a manufatura de quantidade média do mesmo artigo ou 
produto ordenado pelo cliente. Os lotes só podem ser produzidos uma vez ou 
devem ser produzidos em intervalos regulares. 
3. Massa/contínuo – representa a manufatura especializada e contínua de 
produtos idênticos. É caracterizada pelo grande volume de produção, em que 
os equipamentos são dedicados exclusivamente à manufatura de um único 
produto. 
Independentemente do tipo de produção, seja ela job shop, em grupo ou em 
massa, existem algumas funções básicas que devem ser consideradas para converter 
materiais em produtos acabados. Para a empresa produtora, que se ocupa com a 
manufatura de produtos, as funções são: 
 Processamento e Montagem, (estas agregam valor são funções que 
permitem à organização cobrar mais pelo produto, são funções que alteram a 
matéria-prima; estão enquadradas nestas o processamento de materiais, 
informações e pessoas e montagem dos produtos). 
 Manuseio/movimentação de material e armazenamento; e Inspeção e 
testes e Controle. 
As empresas, em função de suas características de produção, 
necessariamente não podem manter um único arranjo físico (leiaute) para seu 
funcionamento, uma vez que, para otimizar os recursos de produção e aumentar a 
produtividade, elas devem aproveitar o potencial de organizar os equipamentos e 
processos da forma mais adequada possível. Os tipos de leiaute mais comuns são: 
 Leiaute por processo (funcional): todos os processos e equipamentos do 
mesmo tipo são desenvolvidos na mesma área, bem como as operações e as 
montagens semelhantes. Como características, temos: 
1. É flexível para atender às mudanças no mercado; 
2. Atende a produtos diversificados, em quantidades variáveis ao longo do 
tempo; 
3. Apresenta grandes distâncias de fluxo dentro da fábrica; 
4. Serve para produções diversificadas, em pequenas e médias quantidades; 
5. As operações são executadas com relativa satisfação no trabalho. 
 Leiaute em linha. Como características, temos: 
1. Produção de poucos produtos ou produtos únicos, com velocidade de 
produção constante e com alta produtividade. 
2. Alto investimento em máquinas e equipamentos. 
3. O operador não tem a visão geral do produto e há tendência de 
desmotivação. 
4. Os produtos podem apresentar problemas de qualidade, pois o processo é 
só verificado após um grande período de execução. 
 Leiaute celular. Como características, temos: 
1. Flexibilidade quanto ao tamanho dos lotes por produto. 
2. Serve especificamente para uma família de produtos. 
3. Diminui o tempo com transporte de material. 
4. Diminui estoques em função da redução dos lotes. 
 Leiaute por posição fixa (posicional). Nesse tipo de leiaute, o material 
permanece fixo em determinada posição e as máquinas e os operadores se 
deslocam, executando operações necessárias. Como características, temos: 
1. Resulta um produto único e com características únicas; 
2. Apresenta quantidade de produção unitária ou pequena; 
3. Não é repetitivo. 
Existem diversas estratégias que podem ser empregadas para melhorar a 
produtividade e a flexibilidade nas operações industriais. Para melhorar a 
produtividade de uma empresa e para flexibilizar as operações industriais, algumas 
delas são: 
1. Especialização de operações: desenvolvimento de equipamentos específicos 
para determinado tipo de operação. Ex. fritadeira de batatas do Mc Donald’s. 
2. Operações combinadas: desenvolvimento de máquinas/equipamentos que 
agrupem várias operações em um mesmo ciclo produtivo, reduzindo assim a 
quantidade de postos de trabalho necessários. 
3. Operações simultâneas: é a extensão das operações combinadas, concentra 
esforços para que várias operações possam ser feitas na mesma máquina e 
ao mesmo tempo, reduzindo o ciclo total de produção. 
4. Integração de operações: a ideia é unir várias estações de trabalho em um 
único mecanismo, que utiliza o trabalho mecanizado para transferir 
subprodutos entre estações. 
5. Aumento da flexibilidade: desenvolver dispositivos que atendam ao máximo 
de produtos em um único equipamento, sem perda de tempo nas alterações de 
modelo (usado em produção job shop) 
6. Melhoramento no manuseio, transporte e armazenamento de material: 
ideia de se reduzir o tempo de guarda e recuperação de peças armazenadas, 
usando sistemas automáticos de guarda e retirada dos produtos. 
7. Inspeção online: cuja características é a vistoria. Inserir pontos de inspeção 
ao longo do processo, para evitar que ao se pegar alguma irregularidade no 
processo, centenas ou milhares de peças tenham sido produzidas. Ela é 
incorporada ao processo industrial e permite correções durante o andamento 
da fabricação, reduzindo, com isso, problemascomo a falta de qualidade. As 
inspeções on-line ocorrem simultaneamente ao processo de fabricação, 
montagem ou qualquer outra etapa. 
8. Controle do processo e otimização: reduzir os tempos de processo 
individuais e melhorar a qualidade dos produtos. 
9. Controle das operações de planta: no item anterior a preocupação é com os 
processos e nesse item a preocupação é com a planta toda, administrando e 
coordenando de maneira mais eficaz as operações realizadas e sua 
implantação envolve pessoas, integração e uma rede de computadores de alto 
nível. 
10. Manufatura Integrada por Computador (CIM): é uma estratégia de controle 
de operações da planta em um nível mais elevado, em que há integração das 
operações fabris tanto no projeto de engenharia, quanto em muitas outras 
funções empresariais. Essa estratégia envolve uso extenso de aplicações de 
computador, bancos de dados e rede de computadores. 
 
Toda previsão de produção deve levar em conta a variação da demanda, e 
como existem vários comportamentos de demanda, estes devem ser bem avaliados, 
para que se escolha o método correto de previsão. Algumas delas são: 
 Demanda com Tendência Linear: esse tipo de demanda ocorre quando os 
dados (vendas) aumentam ou diminuem consistentemente na média da série 
(média dos valores de uma demanda crescente ou decrescente) ao longo do 
tempo de análise. 
 Demanda sazonal ou cíclica: acontece quando é possível identificar um 
padrão de repetição de aumento ou diminuição de demanda ao longo do 
período de análise, seja diário, semanal, mensal ou até mesmo entre estações. 
Exemplos de demanda sazonal: produtos natalinos, produtos de páscoa, 
produtos de carnaval, produtos típicos de verão, produtos para festa junina etc. 
 
Para poder escolher o método de previsão mais adequado para representar a 
demanda, são eles: 
 Método Qualitativo (baseado em julgamento) tem como característica ser 
usado quando não podemos representar numericamente um modelo de 
previsão, como no caso do lançamento de um produto novo ou quando os 
critérios de análise não permitem que os dados sejam expressos em termos 
quantitativos. 
Na pesquisa qualitativa, os instrumentos mais utilizados são: 
1. O Método Delphi, a opinião dos executivos e as estimativas da equipe de 
vendas. 
2. Benchmarking (internacional). 
3. Opinião de executivos e do chão de chão de fábrica. 
4. Estimativas de clientes fidelizados. 
 Método Quantitativo: sua característica é que são modelos matemáticos 
fundamentados em dados históricos utilizados na determinação da tendência 
da demanda. 
 
Apesar do conceito de produtividade ser muito abrangente, podemos descrever 
este conceito em relação à automação como sendo “a relação entre o valor do produto 
e/ou serviço produzido e o custo dos insumos para produzi-lo. Assim, a produtividade 
depende essencialmente das saídas do processo produtivo e da razão entre as 
entradas, representadas pelos insumos”. 
É sabido que demanda é a quantidade de produtos (bens ou serviços) que o 
consumidor quer comprar, considerando um preço estabelecido no mercado. Para o 
cálculo da demanda é necessário se conhecer bem o comportamento da mesma. 
Desta forma as características são: 
 Demanda média: utilizada quando há pequena variação nas quantidades 
diárias/mensais etc. ao longo do tempo, ou seja, as quantidades variam 
próximos a um valor constante. 
 Demanda com tendência linear: utilizada quando os dados de vendas 
aumentam ou diminuem consistentemente mantendo uma média na série de 
variação durante o tempo de análise. 
Quando se fala em custos na automação, deve ficar claro que o gestor deve 
ser assessorado por pessoas altamente qualificadas. Existe um método conhecido 
por Custeio ABC, ou seja, é um tipo de custeio que procura identificar todos os custos 
gerados pela elaboração do produto, evitando ao máximo a alocação indireta de 
custos e obrigando o gestor a conhecer as metodologias produtivas com as quais está 
trabalhando. 
Ao realizar a previsão da demanda, têm-se condições de avaliar se o produto 
apresenta demanda: 
 Elástica; ou 
 Inelástica a preço: se a quantidade demandada variar numa proporção menor 
que o preço. 
 
O termo finanças pode ser definido como “a arte e a ciência de administrar 
fundos” ou recursos (GITMAN, 1997, p. 4.). Consequentemente, o gestor deverá 
realizar a análise de investimentos para a justificativa financeira empregada na 
automação. Algumas técnicas usadas para essa análise são: 
 Período de pay back, é o período de tempo exato necessário para uma 
empresa recuperar seu investimento inicial em um projeto, podendo ser obtido 
dividindo o investimento inicial pelas entradas de caixa em uma série de 
pagamentos uniformes ou, quando não uniformes, ao realizar deduções no 
período até a recuperação total do investimento. 
 Valor Presente Líquido e 
 Taxa Interna de Retorno. 
 
A automação da produção é uma tecnologia que, aliada à mecanização em 
conjunto com os sistemas eletrônicos e os sistemas baseados em computadores, é 
utilizada para controlar e operar a produção. Algumas tecnologias englobadas nesse 
conceito são: 
 Robôs industriais. 
 Máquinas totalmente automáticas para produção. 
 Sistemas automáticos de armazenamento de material e manipulação. 
 Sistemas automáticos de inspeção para controle de qualidade. 
 Controle de processos por computador. 
 Ferramentas automáticas para o processamento parcial de produtos. 
Como visto, uma das finalidades da automação é melhorar a produtividade e/ou 
a flexibilidade de uma empresa. Existem três tipos de automação que podem ser 
utilizados, são eles: 
 Automação Fixa: é um sistema no qual a sequência do processamento das 
operações é definida pela configuração e características do equipamento. 
 Automação Programável: é um sistema que é projetado com a alternativa de 
mudança na sequência das operações quando existe uma reprogramação na 
produção para entrada de novos produtos. Essa mudança pode ser apenas no 
software (programação interna) ou até uma mudança física do equipamento na 
linha. 
 Automação Flexível: é um sistema evoluído em relação à automação 
programável, uma vez que também atende uma variedade de produtos na 
mesma linha, com a troca da programação rápida, muitas vezes sem a 
intervenção do homem, por exemplo, por meio de um código de barras o 
equipamento reconhece o novo produto e faz a troca do programa 
automaticamente. 
 
As empresas devem dar especial atenção à automação em função de suas 
necessidades, do mercado e de seus clientes. Algumas razões que levam uma 
empresa a automatizar são: 
 Alto custo da mão de obra; 
 Aumento da produtividade; 
 Aumento da necessidade de trabalho para o setor de serviços; 
 Segurança no trabalho; 
 Melhoria da qualidade do produto; 
 Alto custo das matérias-primas; 
 Redução do tempo de manufatura; 
 Redução de estoques em processo e 
 Alto custo da não automação. 
 
Toda máquina ou equipamento usados em automação, são dotados de 
acessórios que substituem o operador em atividades muito específicas e por terem 
um custo baixo são muito usados e tem a função de reduzir o tempo de ciclo dos 
processos. Alguns tipos de acessórios são: 
 Cabeçotes – podem ser usados para mudança do eixo de rotação de uma 
máquina (existem dezenas de tipos de cabeçotes que desempenham outras 
funções) 
 Contrapontas rotativos – usados para centralizar eixos nos processos de 
usinagem em geral. 
 Morsa – função principal fixar peças na máquina para receber operações de 
usinagem, fresagem etc. Essas morsas podem ter acionamento manual,elétrico, pneumático ou hidráulico. 
 Mandril – tem a função de fixar ferramentas de furação, seu acionamento 
também pode ser manual, pneumático, hidráulico. 
 Pistola de solda – função de unir partes de um conjunto 
 
As máquinas de controle numérico (NC) são máquinas previamente 
programadas por meios externos, que as fazem executar um ciclo de operações de 
forma rápida. Com o avanço da tecnologia de computação, surgiram as máquinas de 
controle numérico computadorizado (CNC) e depois dessas máquinas ainda sugiram 
as máquinas de controle numérico diretos (DNC). A diferença entre as máquinas CNC 
e DNC é que as máquinas CNC são controladas por um computador individual e as 
DNC são controladas por um computador central. 
O CNC é uma técnica que utiliza uma série de números, letras ou símbolos que 
após codificados, podem transmitir instruções para as máquinas que realizam uma 
série de operações diferentes, como vantagens podemos observar: 
 Flexibilidade – considerada a maior vantagem, pois podem ser rapidamente 
reprogramadas para atender novos produtos e ou novas operações, apenas 
com o uso de um computador, ao contrário dos sistemas anteriores que para 
se trocar de um produto ao outro, muitas vezes era necessário a troca de 
elementos mecânicos. 
 Usinagem de perfis complexos – permitem a realização de operações em 
3D, ou seja, perfis complexos e que exigiam uma grande quantidade de 
operações extras para se atingir o produto final. 
 Precisão e repetibilidade – em relação à precisão, pode-se trabalhar com 
dimensões na faixa de milésimos de milímetro (0,001 mm) e por serem 
máquinas fabricadas para operar com esse sistema, tem uma repetibilidade 
enorme, produzindo peças sempre nas mesmas especificações. 
 Menor necessidade de controle de qualidade – como a operação de 
inspeção não agrega valor ao produto, trabalhos realizados em máquinas CNC 
requerem um controle dimensional menos frequente, afinal sua repetibilidade é 
grande, elevando seu índice de capabilidade. 
 Melhoria da qualidade da usinagem – como os controles de avanço, 
velocidade etc. são controlados por computador, pode-se obter os melhores 
parâmetros de usinagem, gerando assim peças com nível qualidade cada vez 
melhor. 
 Custos reduzidos de armazenagem – por ser uma máquina de alto nível de 
confiabilidade em relação à qualidade dos produtos produzidos, não é 
necessário a fabricação de produtos a mais para substituir peças que por 
ventura saiam fora das especificações, com isso não requer estoque de peças. 
 Velocidade de produção elevada – como toda a operação é programada por 
computador, inclusive a troca de ferramentas, o seu tempo de ciclo passa a ser 
menor e com isso maior sua produção. 
 Custo reduzido de ferramentas – as ferramentas usuais em máquina CNC 
são ferramentas convencionais e seus ajustes em relação à velocidade de 
corte, avanço etc. são devidamente programados e isso reduz os custos com 
trocas de ferramentas devido ao uso indevido. 
Os equipamentos e ou máquinas de inspeção automatizada, utilizadas no 
controle de qualidade são integradas à inspeção de produtos para propósitos de 
controle de qualidade. Essas máquinas executam uma série de testes e inspeções 
relativas ao produto e podem ser utilizadas para outras funções, ou seja: 
 Avaliar as dimensões físicas de peças. 
 Comparar as medições com padrões. 
 Determinar se as peças cumprem os padrões de qualidade exigidos. 
 Avaliar o desempenho de diversos tipos de circuitos eletrônicos. 
 
A complexa tecnologia da automação se dá devido à rápida evolução dos 
sistemas eletrônicos e a abordagem de utilização de máquinas individuais se encerra 
com a integração entre máquinas. Sistemas inteiros de máquinas automatizadas são 
interligadas para propósitos mais abrangentes e isso tornou-se comuns nas indústrias. 
Gaither e Frazier (2011, p.145), apresentam 4 sistemas automatizados mais utilizados 
nas indústrias nas áreas de produção, que são: 
 Linhas automatizadas de fluxo: essas linhas são compostas de um conjunto 
de máquinas automatizadas unidas umas às outras com a transferência e 
manipulação de peças também automatizadas. As máquinas nesse tipo de 
linha são dotadas de alimentação automática de matéria prima e executa 
operações automaticamente sem a interferência do operador, e ao concluir seu 
ciclo as peças são retiradas da máquina e transportadas à máquina seguinte 
sem a interferência do operador novamente, ou seja, existem sistemas de 
máquinas que contam apenas com um operador, o qual realiza a substituição 
de ferramentas no gabarito das máquinas, sem parar a mesma. 
 Linhas automatizadas de montagem: da mesma maneira que no sistema 
anterior, os produtos a serem montados são movimentados e montados por 
meio de máquinas, dispositivos ou robôs ao longo da linha, e novamente sem 
a participação ativa de um operador. 
 Sistemas automatizados de armazenamento e recuperação: são sistemas 
construídos para receberem pedidos de materiais de qualquer parte da 
operação, coleta-los em um armazém e entrega-los nos postos de trabalho 
onde serão utilizados. Existem três componentes fundamentais nesse sistema, 
são eles: Computadores e sistemas de comunicação, Sistemas automatizados 
de manipulação e entrega de materiais e Sistemas de armazenamento e 
recuperação de armazéns. É comum que os três componentes apresentados 
podem ser utilizados simultaneamente, garantindo assim um sistema de 
automação mais completo e eficiente. 
 Sistemas flexíveis de manufatura: É um sistema similar aos sistemas de 
linhas automatizadas de fluxo e sistemas automatizados de montagem, porém 
integrados por computador, onde de uma base é possível acompanhar tudo o 
que acontece ao longo do sistema. 
 
O CLP (Controlador Lógico Programável) foi criado dentro da General Motors 
da Hydromic Division, por volta de 1970. O CLP é um dispositivo digital adequado à 
utilização industrial. Como seu nome indica, é programável, pois se utiliza de uma 
memória para armazenamento das instruções, que podem ser de diversos tipos. Ele 
controla as entradas e as saídas de informações que se destinam aos vários tipos de 
máquinas controladas existentes no sistema. Como vantagens do CLP em relação a 
outros dispositivos de controle industrial, podemos notar: 
 Menor espaço ocupado; 
 Menor potência requerida; 
 Reutilização; 
 Ser programável; 
 Maior confiabilidade; 
 Fácil manutenção; 
 Maior flexibilidade; 
 Permitir interface por meio de rede de comunicação com outros CLPs e 
microcomputadores; 
 Projeto mais rápido. 
 
Os robôs são capazes de substituir o ser humano em diversas operações e 
tarefas industriais, porém nem tudo deve ser automatizado, e quando se decide 
automatizar algo, o gestor deve seguir algumas regras básicas: 
1. Substituir o ser humano em operações de risco e em ambientes hostis. Ex. 
trabalhos em altas temperaturas, locais de difícil acesso, manipulação de peças 
ou líquidos perigosos etc. 
2. Substituir operador em trabalhos repetitivos, os quais levam o operador à 
monotonia, o que pode causar acidentes. 
3. Substituir a manipulação difícil para humanos, tais como: peças pesadas, 
difíceis de se pegar etc. 
4. Substituir operações multishift, onde requer várias trocas seguidas de 
operadores entre turnos e isso pode alterar o processo e gerar perdas. 
5. Substituir operador em operações que não agregam valor, ou seja, em 
manuseios diversos. 
6. Substituir máquinas e/ou operações gargalos de produção. 
 
Os robôs industriais ainda podem ser classificados pelo tipo de uso a que são 
submetidos, ou seja: 
 Robôs de manuseio: a peça detrabalho é manuseada pelo robô, por exemplo, 
para manuseio, carga e descarga de peças de trabalho em máquinas-
ferramenta, operações de fundição, prensagem, moldagem por injeção, 
forjamento, ajuste etc. 
 Robôs de processo: a peça é segura pelo robô, por exemplo, nos vários tipos 
de operações de trabalho em metal (corte, perfuração, raspagem), ligação de 
materiais (soldagem, colagem, rebitagem), tratamento de superfícies (pinturas, 
revestimento de superfície, polimento) etc. 
 Robôs de montagem: os robôs são usados para montagem de peças, 
componentes e produtos completos. 
 
Boa Prova! 
Prof. Emerson Seixas