Tecnologias Complementares na Indústria 4.0

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AULA 5 
INDÚSTRIA 4.0 
Profª Ana Carolina Bueno Franco 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Nesta aula, serão abordadas as tecnologias complementares que servem 
de apoio à manutenção e aumentam a produtividade das indústrias. Os assuntos 
que serão abordados têm como objetivo: 
• apresentar os principais conceitos de robótica; 
• explicar o que são robôs colaborativos ou COBOTs; 
• expor o conceito de manufatura aditiva e os benefícios de sua adoção para 
a manutenção industrial; 
• mostrar como o uso de QR Code e RFID auxilia a indústria e a manutenção; 
• esclarecer as diferenças entre realidade aumentada e realidade virtual. 
TEMA 1 – ROBÓTICA: CONCEITOS 
A robótica impulsionou de forma considerável a indústria, permitindo que 
atividades repetitivas ou realizadas em locais perigosos tivessem a mão de obra 
humana substituída pelo uso intensivo de robôs. De acordo com a Federação 
Internacional de Robótica (IFR), as vendas de robôs industriais aumentaram cerca 
de 114% no período compreendido entre 2013 e 2017, conforme Gráfico 1. Os 
países que mais compraram robôs foram: China, Japão, Coreia do Sul, Estados 
Unidos e Alemanha. Esse crescimento das vendas foi impulsionado pela quarta 
revolução industrial, mediante o uso de robôs colaborativos ou COBOTs. 
Gráfico 1 — Vendas de robôs industriais de 2009 a 2017 e estimativa de vendas 
de 2018* a 2021* 
 
 
Fonte: IFR World Robotics (2018) 
 
 
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As principais terminologias e características da robótica, de acordo com 
Craig (2013), são: 
• descrição de posição e orientação — consiste na localização de um objeto 
no espaço segundo um sistema de coordenadas, conforme a Figura 1; 
Figura 1 — Sistema de coordenadas para localização de um objeto 
 
Fonte : Craig (2013). 
• cinemática dos manipuladores — relacionada às propriedades de 
movimento. Os elos do robô formam a cadeia cinemática, e seus 
movimentos são dados pelas juntas. O elemento final é provido pela garra 
ou uma ferramenta específica. O número de graus de liberdade está 
relacionado com o número de movimentos individuais das articulações dos 
robôs; 
• velocidade dos movimentos dos robôs; 
• controle de força — uma das características mais importantes, pois deve 
ser calculada e ajustada de acordo com a superfície e o objeto, para que 
não haja deformação; 
• programação do robô — permite programar a trajetória, a posição e a força 
do robô para uma determinada tarefa. 
TEMA 2 – ROBÔS COLABORATIVOS 
O uso dos robôs na indústria não é novidade, uma vez que eles sempre 
foram muito utilizados nas indústrias automobilísticas. De acordo com Craig 
(2013), o uso intensivo dos robôs na indústria americana teve início na década de 
1980. Ao longo do tempo, eles evoluíram em suas tecnologias e, atualmente, têm 
 
 
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uma participação relevante na indústria 4.0, representada pelos COBOTs, ou 
robôs colaborativos. 
Afinal, quais as diferenças entre um robô industrial e um robô colaborativo? 
A primeira característica que os diferencia é a colaboração, ou seja, os COBOTs 
são desenvolvidos para trabalhar em conjunto com humanos, sem oferecer riscos. 
De acordo com a norma técnica ISO/TS 15066:2016 (ISO, 2016), um espaço de 
trabalho colaborativo é aquele no qual o robô (incluindo a peça que será 
trabalhada) e um ser humano desempenham tarefas de forma conjunta e 
simultânea ao longo da etapa produtiva. 
Figura 2 — Exemplo de uso de um robô colaborativo 
 
Crédito: Zapp2Photo/Shutterstock. 
De acordo com Roboterin (2017), as principais características de um robô 
colaborativo são: 
• parada de segurança: ocorre quando o robô colaborativo está operando 
sozinho e o operador precisa realizar alguma tarefa no mesmo espaço de 
trabalho. Nessa situação, o robô não será desligado, mas os seus freios 
serão acionados (diminuindo a velocidade) a fim de permitir que o operador 
realize o trabalho sem qualquer risco à sua segurança. 
• possibilidade de programação manual: o operador pode guiar o robô 
manualmente, ensinando o caminho a ser percorrido e, por exemplo, qual 
força deve ser aplicada pelas garras do robô ao pegar uma peça. 
• controle de velocidade: o robô é programado para atuar dentro de um 
espaço de trabalho (zona de segurança) que pode ser monitorado por 
sistemas de visão. Quando um operador “invade” essa zona de segurança, 
a velocidade de trabalho do robô será reduzida. Caso o operador se 
 
 
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aproxime muito, o robô vai reduzir ainda mais a velocidade e pode até parar 
a sua operação. 
• potência: o robô é programado para detectar algum tipo de força não 
programada, bem como dissipar forças em casos de impactos (por esse 
motivo, são projetados com formas mais arredondadas). Inclusive, nos 
COBOTs, os motores não ficam expostos para garantir a segurança do 
operador. 
Saiba mais 
Assista ao vídeo (em inglês), a seguir, e entenda o funcionamento dos 
robôs colaborativos: <https://youtu.be/Mjn2K3423zk>. Acesso em: 20 maio 2019. 
Os robôs colaborativos podem ser usados em várias aplicações industriais 
e oferecem diversas vantagens, como as que seguem: 
• redução do tempo de execução das tarefas; 
• aumento da produtividade; 
• rapidez na instalação e na manutenção, por serem menores e mais leves; 
• redução considerável de riscos aos operadores. 
 
 
 
Saiba mais 
Conheça alguns exemplos de aplicações de robôs colaborativos nas 
indústrias: 
• Docol, empresa de metais sanitários que utiliza robôs colaborativos em 
tarefas repetitivas, reduzindo as atividades de manutenção: 
https://www.pollux.com.br/blog/videocase-docol-diminui-manutencoes-e-
ganha-em-produtividade-com-robo-colaborativo/ 
• Indústria farmacêutica, exemplos de aplicações em empacotamentos, 
movimentação de materiais e paletização: 
<https://youtu.be/PlZs2GW6wCk>. 
 
 
 
 
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TEMA 3 – MANUFATURA ADITIVA 
A competitividade e a complexidade dos produtos obrigaram as indústrias 
a pesquisarem novos processos de fabricação, a fim de reduzir tempo e custo. As 
alterações no processo produtivo envolvem a adoção de novas técnicas e 
ferramentas para o projeto, além de análise e simulação para a otimização do uso 
de matérias-primas e sistemas. Todas essas adequações do processo produtivo 
ocorrem devido às novas demandas dos consumidores em busca da 
customização dos produtos. Para atender a essas exigências, utiliza-se a 
manufatura aditiva (em inglês, Additive Manufacturing – AM) também conhecida 
por impressão 3D (Volpato; Carvalho, 2018). 
De modo geral, o processo de fabricação é baseado na moldagem de 
materiais que pode ocorrer por fusão (por exemplo, fundição de metais), remoção 
ou subtração de material (por exemplo, torneamento), na conformação que gera 
a geometria final, na união de componentes ou divisão de materiais (Volpato; 
Carvalho, 2018). 
A manufatura aditiva surgiu no final da década de 1980 e tem como 
princípio a adição de materiais em forma de camadas com base em uma 
representação geométrica 3D gerada em um software. 
Figura 3 — Manufatura aditiva: adição de material por camadas 
 
Crédito: Dabarti CGI/Shutterstock. 
A peça ou o objeto é desenhado em um software do tipo CAD (em inglês, 
Computer Aided Design). Já o processo de construção do objeto ou do protótipo 
é automatizado e realizado de forma rápida. A primeira etapa consiste em gerar o 
modelo geométrico no CAD, a etapa seguinte, em planejar o processo de 
 
 
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produção por fatiamento e, em seguida, vem o processo de produção do modelo 
físico, conforme a Figura 4. 
Figura 4 — Etapas da manufatura aditiva 
 
Fonte: Volpato; Carvalho (2018). 
A principal característica da manufatura aditiva é o alto grau de 
automatização, com pouquíssima intervenção do operador no processo de 
produção do protótipo. 
Ao longo dos últimos anos, os processos de manufatura aditiva evoluíram 
devido ao surgimento de novos materiais e máquinas com elevada precisão. Já é 
possível por exemplo, fabricaro produto final do consumidor. 
Figura 5 — Principais nomenclaturas da manufatura aditiva 
 
Fonte: Volpato; Carvalho (2018). 
 
 
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De acordo com Volpato e Carvalho (2018), a manufatura aditiva é vantajosa 
porque: 
• permite a fabricação de peças com geometrias mais complexas; 
• reduz o desperdício de matéria-prima; 
• favorece o uso racional de energia elétrica; 
• dispensa a troca de ferramentas ao longo do processo produtivo; 
• resume o processo de fabricação em uma única etapa. 
Com relação às limitações, é importante compreender que: 
• as propriedades dos materiais usados nesse tipo de manufatura diferem do 
processo de produção “tradicional”; 
• a precisão e o acabamento das peças são inferiores aos de outros 
processos (devido às camadas); 
• a escolha dos materiais para a produção das peças é limitada, já que nem 
todos são adequados; 
• este tipo de manufatura não é adequado para a fabricação de grandes lotes 
de peças. 
Saiba mais 
Assista ao webinar sobre manufatura aditiva e conheça mais sobre o 
assunto: <https://youtu.be/K_DF28PRIXU>. Acesso em: 20 maio 2019. 
As primeiras aplicações da manufatura aditiva foram dedicadas à 
elaboração de protótipos, em função das tecnologias e matérias disponíveis na 
época. Mas, à medida que as tecnologias evoluíram e novos materiais surgiram, 
o setor industrial vislumbrou várias possibilidades de aplicações. 
De acordo com Volpato e Carvalho (2018), em uma pesquisa realizada com 
127 empresas, cerca de 36% das aplicações ainda se concentram em 
prototipagem, de acordo com a Figura 6. 
 
 
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Figura 6 — Pesquisa sobre o uso da manufatura aditiva 
 
Fonte: Volpato; Carvalho (2018) 
A manufatura aditiva também atua auxilia o trabalho das equipes de 
manutenção industrial. Um exemplo é a sua aplicação no reparo de motores 
aeronáuticos, como podemos ver no vídeo disponível em: 
<https://youtu.be/PErEaLd_JCg> e também na seguinte reportagem: < 
http://g1.globo.com/rj/regiao-serrana/rjintertv-
2edicao/videos/t/edicoes/v/empresa-de-petropolis-usa-impressora-3d-para-criar-
ferramentas-para-manutencao-de-avioes/6871043/>. Acesso em: 20 maio 2019. 
Outro exemplo de aplicação citado por Volpato e Silva (2018) é a fabricação 
de peças do equipamento Fortus da empresa Stratasys. O equipamento tem 
32 peças que normalmente eram injetadas gerando alto investimento em 
ferramental. Com o uso de manufatura aditiva, a empresa teve uma redução no 
custo de desenvolvimento das peças acima de 200 mil dólares. 
TEMA 4 – QR CODE E ETIQUETAS DE RFID 
Algumas tecnologias complementares compõem o conceito de 
indústria 4.0, como as etiquetas de RFID ou ou o QR CODE para a identificação 
e a rastreabilidade de peças ou elementos em uma linha de produção. 
De acordo com Sacomano et al. (2018), as etiquetas de RFID (em inglês, 
Radio Frequency Identification) são constituídas por dispositivos eletrônicos de 
 
 
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identificação que fazem a comunicação por meio de radiofrequência. Suas 
aplicações são bastantes diversificadas, em produtos, embalagens, 
equipamentos, entre outros. 
As etiquetas têm a capacidade de recepção e/ou transmissão de sinais de 
rádio emitidos por uma base transmissora em uma frequência específica e podem 
ser classificadas em: 
• passivas: só respondem ao sinal enviado pela base e não têm fonte própria 
de energia; 
• ativas: enviam o sinal e têm fonte própria de energia; 
• semipassivas: não dispõem de modulador, por isso precisam de um leitor 
para comunicar as informações. 
Figura 7 — Uso de RFID 
 
Crédito: FrimuFilms / Shutterstock. 
Na manutenção industrial, as etiquetas de RFID são bastante utilizadas e 
trazem vários benefícios, como: 
• registro de todas as operações e manutenções realizadas nos 
equipamentos; 
• identificação única, permitindo o registro e histórico dos equipamentos; 
• veracidade dos dados coletados, evitando distorções por anotações 
incorretas. 
 
 
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O QR Code (em inglês, Quick Response Code) é semelhante a um código 
de barras com duas dimensões, conforme a Figura 8, e pode ser escaneado por 
qualquer dispositivo que tenha uma câmera e o aplicativo para a leitura instalado 
(Sacomano et al., 2018). 
Figura 8 — QR Code 
 
Crédito: naum/Shutterstock. 
Saiba mais 
Assista ao vídeo e veja como o uso de QR Code pode auxiliar as equipes 
de manutenção predial (Industrial (2014): 
<https://www.youtube.com/watch?v=3EsAWhhd8rE>. Acesso em: 20 maio 2019. 
TEMA 5 – REALIDADE AUMENTADA E REALIDADE VIRTUAL 
A realidade aumentada (em inglês, Augmented Reality) permite mesclar 
objetos do mundo real com o virtual. De acordo com Sacomano et al. (2018), suas 
características são: 
• combinação do mundo real e virtual; 
• possibilidade de interagir em tempo real; 
• experiência tridimensional. 
 
 
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Figura 9 — Realidade aumentada 
 
Crédito: Zapp2Photo/Shutterstock. 
Para que a realidade aumentada funcione, são necessários três 
componentes: um objeto (com um código ou marca de referência), uma câmera 
capaz de coletar a imagem do objeto e um software programado para a 
interpretação da imagem. 
As etapas do processamento da formação do objeto virtual são mostradas 
na Figura 10. 
Figura 10 — Realidade aumentada (etapas) 
 
A Realidade Virtual (em inglês, Virtual Reality) é obtida por um hardware 
(computador, headphones, óculos, luvas, entre outros) que transmita uma 
sensação de realidade. Por exemplo, é possível visualizar uma máquina e sua 
montagem sem que haja alguma peça dela disponível (Sacomano et al., 2018). 
Captação e 
transmissão da 
imagem do 
objeto
Recepção das 
imagens 
coletadas do 
objeto
Processamento 
das imagens 
recebidas no 
software
Exibição do 
objeto virtual
 
 
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Sua diferença em relação à realidade aumentada é que, na realidade virtual, o 
ambiente é criado, ele não existe. 
Figura 21 — Realidade virtual 
 
Crédito: g-stockstudio / Shutterstock. 
O uso da realidade virtual tem crescido muito na indústria, pois ela pode 
ser utilizada desde a etapa de projeto de um produto até na manutenção de um 
equipamento. 
Saiba mais 
Assista ao vídeo e entenda como a FIAT utiliza a realidade virtual em sua 
fábrica: <https://youtu.be/WpZbu28vtqo>. Acesso em: 20 maio de 2019. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
CRAIG, J. Robótica. 3. ed. São Paulo: Pearson, 2013. 
GLOBAL industrial robot sales doubled over the past five years. IFR — 
International Federation of Robotics. Disponível em: <https://ifr.org/ifr-press-
releases/news/global-industrial-robot-sales-doubled-over-the-past-five-years>. 
Acesso em: 18 maio 2019. 
ISO — Internationation Organization for Standardization. ISO/TS 15066:2016 — 
Robots and robotic devices — Collaborative robots. Genebra, 2016. 
O que é um robô colaborativo? RoboterIn. Disponível em: < 
http://roboterin.com.br/o-que-e-um-robo-colaborativo/>. Acesso em: 18 maio 
2019. 
SACOMANO, J. B.; GONÇALVES, R. F.; SILVA, M. T.; BONILLA, S. H.; 
SÁTYROWALTER. Indústria 4.0: conceitos e fundamentos. São Paulo: Blucher, 
2018. 
VOLPATO, N.; CARVALHO, J. de. Introdução à manufatura aditiva ou impressão 
3D. In: VOLPATO, N. (org.). Manufatura Aditiva — tecnologias e aplicações da 
impressão 3D. São Paulo: Blucher, 2017. 
VOLPATO, N.; SILVA, J. V. Aplicação direta da manufatura aditiva na fabricação 
final. In: VOLPATO, N. (org.) Manufatura Aditiva — tecnologias e aplicações da 
impressão 3D. São Paulo: Blucher, 2017.