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Automação Industrial: correlação entre automação e a indústria
Industrial Automation: correlation between automation and industry
Amom Felipe de Souza
RESUMO
Este artigo tem como objetivo apresentar um breve estudo de como se deu o processo de nascimento da automação industrial, através das revoluções industriais, até um panorama atual, com o inicio da quarta revolução industrial, a indústria 4.0. É abordado no artigo sobre as vantagens que um processo automatizado pode trazer para a produção de uma indústria, sendo que historicamente a evolução da automação esta atrelada as demandas do mercado, aumento de produção e consecutivamente o aumento dos lucros. O artigo apresenta os níveis de automação que uma empresa pode apresentar, sendo que com o inicio da quarta revolução industrial, a tendência é que todas as empresas trabalhem até o quinto nível de automação para uma tomada de decisão assertiva durante o processo produtivo.
Palavras-chave: Automação industrial. Indústria. revolução industrial. 
ABSTRACT
This article aims to present a brief study of how the process of birth of industrial automation took place, through industrial revolutions, until a current panorama, with the beginning of the fourth industrial revolution, industry 4.0. It is addressed in the article on the advantages that an automated process can bring to the production of an industry, and historically the evolution of automation has been linked to market demands, increased production and consecutively increased profits. The article presents the levels of automation that a company can present, and with the beginning of the fourth industrial revolution, the tendency is for all companies to work up to the fifth level of automation for assertive decision making during the production process.
Keywords: Industrial automation. Industry. industrial revolution.
1. INTRODUÇÃO
“Automação é a substituição do trabalho humano ou animal por maquina” (Ribeiro, 1999, p. 11), a automação visa aperfeiçoar um processo aumentando a produtividade e a repetitividade da tarefa, mantendo assim um padrão de entrega do final do processo. E ainda, “a automação é o uso de comandos lógicos programáveis para substituir as atividades manuais que envolvem tomadas de decisão e comandos resposta de seres humanos” (Lamb, 2015, p.2).
Em 1940 o termo automação foi criado pelo engenheiro da Ford Motor Company, que identificou sistemas que as ações de controle automático poderiam substituir os esforços e a ação humana. A automação surgiu de uma necessidade da revolução industrial ocorrida no mundo com o advento da eletricidade e mais recentemente com a era digital, tudo isso em prol da produção, qualidade, economia e segurança dos processos e pessoas. 
Dentre as vantagens de se ter um processo automatizado, podemos destacar os seguintes itens: 
· Substituição de tarefas pesadas, monótonas e em ambientes perigosos;
· Produção continua mais rápida e como custos de mão de obra reduzidos;
· Produção nominal do processo;
· Aumento de produtividade e segurança operacional;
· Robustez e consistência dos processos;
E dentre as desvantagens podemos destacar:
 
· Custo elevado de projeto, implantação e manutenção;
· Impacto social devido à perda de postos de trabalho;
A automação faz uso de diversos componentes como dispositivos mecânicos, hidráulicos, pneumáticos e computadores, hoje em dia o mundo real esta cada vez mais “digitalizado” com o desenvolvimento de novas tecnologias e dispositivos cada vez menores, a automação industrial esta passando por um processo de incorporação de outras tecnologias, como o uso de TI, para disponibilidade de informação para redes inteligentes para tomadas de decisão a nível coorporativo. 
Na primeira revolução industrial o mundo foi apresentado às maquinas movida vapor e deixou de ser um capitalismo comercial para ser um capitalismo industrial, “essa revolução mudou consideravelmente a vida das pessoas e até hoje seus reflexos podem ser vistos e continuam em processo de transformação” (CAVALCANTE; SILVA, 2011). Na segunda revolução industrial foi incorporada a produção a energia elétrica e novos componentes para aumento de produção, e com a terceira revolução e evolução das tecnologias do século 20, a inteligência computacional foi inserida no contexto industrial. Para Boettcher (2015), a terceira revolução industrial, marca o avanço na área da informática, robótica, telecomunicações, biotecnologia e da nanotecnologia. Na terceira revolução industrial os PLC’s ou CLP’s dominam o mercado de automação. Hoje em dia estamos iniciando a quarta revolução industrial, conhecida como indústria 4.0.
2. DESENVOLVIMENTO 
No meio industrial a automação esta presente em diversas formas, seja para controle de insumos operacionais, aumento de produção ou simplesmente pela qualidade final do produto oferecido. Empresas para permanecerem competitivas no mercado capitalista, necessariamente precisa de certo nível de automação dos processos por ela exercida.
Mas existe uma diferença entre automação e mecanização, a mecanização esta baseada no uso simples de maquinário para executar tarefas antes exercidas com esforço físico humano, sem a possibilidade de alteração ou correção. Já a automação consiste na possibilidade de execução de uma tarefa controlada automaticamente, “a automação possui um conceito de conjunto de técnicas por meio das quais se constroem sistemas ativos capazes de atuar com uma eficiência ótima pelo uso de informações recebidas do meio sobre o qual atuam” (ROSÁRIO, 2009, p. 18), um sistema automatizado possui a capacidade de pensar e tomar melhor ação possível.
2.1. Evolução das indústrias
A automação surgiu para atender uma demanda das indústrias com o passar dos anos, sendo primordial para o aumento de produção e qualidade oferecidos dos produtos durante as revoluções indústrias. À medida que a tecnologia foi evoluindo a indústria foi evoluindo junto, para Sakurai e Zuchi (2018) os avanços da tecnologia foram fatores essenciais no crescimento da indústria na busca de trabalhos mais dinâmicos, eficientes e qualificados.
O processo de automação nas indústrias começou com a mecanização de serviços executados unicamente por esforço humano ou animal, utilizando o vapor e posteriormente a energia elétrica, vindo então incorporar nas plantas de operação das indústrias a utilização do computador como “cabeça pensante” dos equipamentos. Esses eventos ficaram conhecidos como a primeira, segunda e terceira revolução industrial, e atualmente a indústria, e consecutivamente a automação, esta passando por uma nova revolução nos controles de processos, a quarta revolução industrial ou revolução 4.0, “as revoluções industriais, somadas aos grandes avanços tecnológicos culminaram no surgimento da Indústria 4.0 ou quarta Revolução Industrial” (BOETTCHER, 2015). 
2.1.1. Primeira revolução industrial
Com inicio no final do século XVIII e inicio do século XIX, na Inglaterra e se expandindo para outros países como França, Holanda, Estados Unidos, Alemanha e Belgica, a primeira revolução industrial foi marcada pelo fim do sistema de organização feudal e inicio do capitalismo. Outro ponto marcante dessa revolução foi a descoberta do vapor como meio de fonte de energia, que a partir dessa fonte foram criadas máquinas a vapor e a locomotiva. A locomotiva ou trens a vapor proporcionou um transporte maior e mais rápido de matéria prima e pessoas e possibilitando uma melhor distribuição de mercadoria, já a utilização das maquinas a vapor para produção, pode aumentar a produtividade já que os processos eram praticamente braçais exigindo um esforço humano ou animal muito grande.
A indústria têxtil foi a primeira a usufruir da utilização dessas máquinas e logo apos outros ramos das indústrias aderem a essa nova tecnologia, transformando o cenário que antes era na sua maioria comercial em industrial. “A Revolução Industrial teve grande relevância para a sociedade atual e principalmente para o surgimento da revolução tecnológica vividaaté os dias atuais” (CAVALCANTE; SILVA, 2011, p.5). 
Durante o período da primeira revolução industrial, foi desenvolvido o primeiro controlador com realimentação para uso em processo industrial, o regulador de esferas de James Watt, desenvolvido para controlar a velocidade de um motor a vapor.
Imagem 1 - Regulador de fluxo de vapor de Watt
Fonte: CTISM
Esse dispositivo foi inventado para controle de velocidade do motor a vapor, à medida que a velocidade do eixo do motor a vapor aumenta, pesos esféricos se elevam, devido força centrifuga aplicada pelo o aumento da velocidade do motor, esse movimento de elevação das esferas provocam um fechamento da válvula de alimentação de vapor do motor, produzindo uma desaceleração do mesmo. E o processo inverso também ocorre, quando as esferas deslocam para baixo, aumenta a abertura da válvula de vapor do motor, provocando o aumento de velocidade.
2.1.2. Segunda revolução industrial
Durante a segunda revolução industrial a aceleração do ritmo industrial foi impactada pelo surgimento e emprego de novas fontes de energia, a energia elétrica, o uso de motores a explosão, produção de aço e alumínio em escala e a invenção do telegrafo. Foi durante esse período que surgiu o termo Fordismo, criado por Henry Ford em 1914, que se refere ao sistema de produção em serie e gestão.
Esse período foi marcado pelo aperfeiçoamento das tecnologias que surgiram durante a primeira revolução industrial, a utilização da eletricidade e o petróleo como fonte de energia e o advento da indústria automotiva e bélica. 
2.1.3. Terceira revolução industrial
Em consequência aos rápidos avanços da tecnologia do século XX e XXI, desenvolvimento da eletrônica, computadores, redes mundiais, etc, surge então a terceira revolução da indústria. Para Boettcher (2015), essa revolução, que também pode ser conhecida como Revolução Técnico-Científica e Informacional, é marcada pelo desenvolvimento da informática, robótica, telecomunicações, transportes, biotecnologia, química fina e nanotecnologia. Outra característica dessa fase é a mudança dos modos de produção para o modelo Toyotista, que visa a produção flexibilizada.
Nessa fase da industrialização as indústrias começam a migrar para outras regiões em busca de mão de obra mais barata e leis mais flexíveis para implantação das fabricas. 
2.1.4. Quarta revolução industrial
Também conhecida como Indústria 4.0, essa fase da indústria ainda esta em processo de implantação no mundo, a ideia dessa revolução é uma automação da produção com o uso da internet das coisas, machine learning, inteligência artificial, data Science e big data para um controle mais assertivo de como é feito a produção e onde gastar matéria prima, tornando os processos mais otimizados, econômicos e ágeis. Essa revolução vai retirar as barreiras entre as redes de automação e as redes de TI, tornando uma rede única para monitoramento e controle do processo.
2.2. Automação industrial 
Com as revoluções industriais, surgiu uma necessidade de melhora no processo produtivo para um ganho maior de produção e criação de novas tecnologias. Que no inicio era a substituição das atividades fabris por máquinas até a inserção da eletricidade e circuitos micro processados para controle da produção. Primeiramente os reguladores e controles eram totalmente mecânicos, que além do custo, possuía uma grande limitação quando a implementação de lógicas mais sofisticadas. Os relés elétricos surgiram como resposta a essa necessidade durante a segunda revolução industrial, que logo foi empregado em todos os sistemas fabris.
Mesmo com o surgimento dos relés, ainda possuía uma limitação para modificação da lógica implementada, sendo o custo e o tempo para mudança alto. Surgiu então na indústria automobilística, na General Motors, um desafio de flexibilização das logicas dos relés. No final da década de 60 a empresa Bedfor Associate lançou um dispositivo computacional para atender a demanda da GM, o MODICON 084, o primeiro CLP (controlador logico programável) do mercado. 
2.2.1. Integração a automação 
A automação é um processo que pode substituir as tomadas de decisões humanas baseadas nas condições do processo, possui características multidisciplinares, transitando na área da informática, elétrica, eletrônica, mecânica, matemática, etc., na qual utiliza todos esses recursos para melhora de desempenho e controle dos processos. Devido a essa multidisciplinaridade a automação pode ser encontrada em diversas áreas da indústria como alimentícia, siderurgias, celulose, etc.
A automação industrial pode ser divida por processos e classes. Por processos pode ser dividido em dois:
· Processo da manufatura: Produção por batelada como exemplo desse processo pode citar a indústria automobilística.
· Processo contínuo: São processos que se caracteriza pela continuidade da produção sem interrupção.
Por classes a automação industrial pode ser dividida em três classes:
· Automação fixa: Essa classe é definida para produção de um produto especifico, apresenta alta produtividade e inflexibilidade na mudança da produção.
· Automação programável: Esse tipo de automação é utilizado em produção onde a taxa de produtividade é baixa e o produto é diversificado. Devido a essa característica de diversidade do produto os equipamentos devem ser reprogramados a cada novo lote.
· Automação flexível: Essa classe de automação é usada para uma produção media, e reuni características da automação fixa e da programável. Permite uma variedade de produtos igual a automação programável mas essa variedade é limitada.
Como principio básico de controle, temos a premissa que só pode ser controlado o que é medido, nesse sentido para substituir os sentidos humanos, uma automação precisa de alguns dispositivos para um correto funcionamento e uma tomada de decisão mais assertiva. Para tal existem dispositivos ou instrumentos para serem esses sentidos, controladores (CLP), sensores, etc. Os controladores recebem as informações enviadas pelos sensores e processam de acordo com o algoritmo programado, otimizando assim o processo produtivo. Além do CLP, também na década de 60, foi desenvolvido outro dispositivo para controle, o SDCD (Sistema Digital de Controle Distribuído), o CLP e o SDCD convergem para o mesmo fim, com apenas algumas singularidades. 
O SDCD é controlador que controla variáveis discretas, mas sua concepção e ponto forte são para controle de variáveis continuas, sendo que esse controlador já vem com sistema supervisório no seu hardware. O CLP, por sua vez, também controla variáveis continuas, mas o seu controle maior são com variáveis discretas e o CLP necessita de um supervisório para interação com a operação dos equipamentos. Como há uma grande similaridade entre o CLP e o SDCD a escolha de qual sistema de controle usar depende muito da aplicação e sendo possível ainda uma aplicação hibrida com os dois controladores. Além do CLP e do SDCD existem outros controladores como o controlador numérico computadorizado (CNC) que são usados, na sua maioria, para controle de equipamentos/ferramentas como tornos. 
 
2.2.2. Níveis de automação 
 
O conceito de automação pode ser divido em níveis, separados por sua aplicabilidade e arquitetura dentro dos sistemas, que vai desde o chão de fabrica até a informação a nível coorporativo. Essa divisão se da o nome de pirâmide da automação.
Imagem 2 - Pirâmide da automação
Fonte: Santos (2014)
· Nível 1 - Esse nível é o nível responsável pela aquisição de dados e controle de ação de controle do controlador, inclui sensores, atuadores e transmissores.
· Nível 2 - Nível de controle do sistema compreende os controladores da planta.
· Nível 3 - Nessa camada estão os equipamentos responsáveis pela supervisão e otimização do processo.
· Nível 4 - Camada onde estão alocado o controle fabril, programação e o planejamento da produção. 
· Nível 5 - Neste nível esta o planejamento estratégico e gerenciamento coorporativo, administração de recursos e gestão financeira. 
Para Moraise Castrucci (2001), uma automação deve atender a algumas demandas, sendo elas a repetibilidade, realização das tarefas agressivas para o homem, rapidez na produção, redução de custo, reestabelecimento rápido da produção, redução de área da fabrica e a possibilidade de integração de sistemas produtivos. 
3. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Automação surgiu de uma necessidade do mercado mundial, para aumento e controle de produção, bem como segurança operacional. Seu desenvolvimento correu devido às empresas buscarem técnicas que construíssem para a produção, causando uma melhoria na indústria e para o consumidor final, que passou a receber produtos de maior qualidade. 
Desde a primeira revolução industrial, que modificou completamente o mercado e a forma de como se produz, a história da automação começou a ser escrita e com o passar dos anos e desenvolvimento de novas tecnologias, ainda por necessidade do mercado, a automação continua a se transformar, trazendo perspectiva de um futuro com níveis cada vez mais automatizado. A indústria 4.0 veio para transformar mais uma vez esse mercado com auxilio da tecnologia da informação, TI, e a tecnologia da automação, TA, países mais desenvolvidos estão na vanguarda desse movimento, pois detém uma indústria com a produção mais tecnológica. 
A automação é imprescindível para que uma empresa continue competitiva no mercado atual, sendo que a automação tem um grande campo de aplicação dentro do processo produto, desde o chão de fabrica até a níveis coorporativos, de tomada de decisão. Por se tratar de uma área multidisciplinar a automação se faz presente nas mais diversas áreas da indústria, fabricas de celulose, indústrias químicas, siderúrgicas, etc, todas podem aperfeiçoar o processo produtivo atrás do uso da automação.
Automatização trouxe inúmeros benefícios, não somente para a produção, mas também para as condições de trabalho e o meio ambiente. O mercado por exigir uma demanda com altos padrões de qualidade, a automação se faz uma necessidade crescente de competitividade das empresas. Apesar do impacto que a automação trouxe no inicio, com a sociedade, é um caminho que não tem volta, com inicio na primeira revolução industrial e sem data para término.
REFERÊNCIAS
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