Automação de Processos Industriais* Automação Rígida e Automação Flexível *Moraes, C.C.; Catrucci, P.L. Engenharia de Automação Industrial. Ed. LTC, Rio de Janeiro RJ, 2001. Black, J.T. O Projeto da Fábrica Com Futuro. Ed. Bookman, Porto Alegre - RS, 1998.
Automação da Manufatura SPMI Sistema Produtivo de Manufatura Integrada 10 passos para atingir a Integração dos Sistemas de Manufatura (Black, 1991) 2
Automação Definições Tecnologia relativa à aplicação de sistemas mecânicos, hidráulicos, elétricos, eletrônicos e computadorizados para a operação e controle de um sistema de produção. Sistema apoiado nos uso de computadores para a substituição do trabalho humano, com soluções rápidas e econômicas, para atingir objetivos dos sistemas produtivos. 3
Definições Controle automático da fabricação de um produto através de sucessivos estágios Técnica que se vale de aparelhos e procedimentos aptos a fazer a produção sempre menos dependente do trabalho e da avaliação do homem, de modo a poupar deste a fadiga mental e intelectual Tecnologia distinta da mecanização, estando centrada na substituição ou auxílio ao esforço mental humano. 4
Arquitetura da Automação Industrial* Pirâmide da Automação Gerenciamento dos recursos da empresa, vendas, finanças, custos Logística, programação/planejamento, controle de suprimentos Controle do processo produtivo Supervisão e interface homemmáquina Controladores programáveis, comandos, máquinas, motores, inversores Nível 5 Nível 4 Nível 3 Nível 2 Nível 1 *Moraes, C.C.; Catrucci, P.L. in: Engenharia de Automação Industrial. Ed. LTC, Rio de Janeiro RJ, 2001. pág. 17 5
Elementos da Automação Industrial Máquinas e sistemas de usinagem Máquinas e sistemas de montagem Robôs e manipuladores industriais Sistemas de estocagem Sistemas de inspeção Sistemas de controle de informações Sistemas de controle de processos e de produção Sistemas de apoio à tomada de decisões Etc. 6
Razões Para a Automação Industrial Repetibilidade e qualidade na produção Realização de tarefas impossíveis ou agressivas ao homem Rapidez de resposta ao atendimento da produção Redução dos custos de produção Redução da área de fabricação Restabelecimento mais rápido do sistema produtivo Possibilidade de introdução de sistemas interligados 7
Questões Freqüentes no Processo de Automação A Automação melhora o desempenho do processo produtivo? A Automação Gera desemprego? A Automação necessita de altos investimentos? A Automação deve ser o primeiro passo rumo à modernização industrial? 8
Outras Questões Importantes Qual é o tipo de sistema automático mais adequado para ser utilizado? Qual é a melhor estratégia de automação que pode ser adotada? Qual é a relação entre o nível de automação de um sistema produtivo e seu desempenho? 9
Estratégias de Automação Especialização de Operações Operações combinadas/simultâneas Integração de Operações Redução dos tempos de montagem Melhoria de movimentação de materiais Controle e otimização de processos Base de Dados computadorizada para o controle de manufatura 10
Adequação do Uso de Sistemas Automatizados Volume de produtos que serão atendidos Diversidade de itens/componentes Ciclo de vida dos produtos Possibilidades de padronização Flutuações na demanda 11
Riscos do Processo de Automatização Automatizar os problemas Fazer o errado mais depressa Automatizar o complicado Executar com eficiência operações desnecessárias Ser administrador altamente competente da ineficiência Aumentar a produtividade dos erros 12
Recomendações Básicas Para o Processo de Automatização Simplificar as atividades Eliminar todos os problemas do setor antes de partir para a automação Buscar uma solução abrangente visão do processo produtivo por completo objetivar a integração das soluções Modularizar os investimentos Preparar os recursos humanos para lidar com a automação Situação Ideal re-investir o retorno financeiro nos estágios posteriores de automação 13
Automação Rígida x Automação Flexível Automação rígida Tipo de automação com configurações de equipamentos específicos para atender a objetivos limitados (Ex.: Linhas Transfer) 14
Automação Rígida x Automação Flexível Automação flexível (ou programável) Tipo de automação com configurações de equipamentos que podem ser alteradas para atender a uma gama maior de objetivos (Ex.: Máquina CNC) 15
Automação Rígida x Automação Flexível Automação Rígida Seqüência de Operações definida pela configuração do equipamento Automação Flexível (ou Programável) Seqüência de operações definida por um programa de instruções. 16
Automação Rígida (Fixa) Alto custo inicial Indicada para produção de volumes elevados Realiza operações simples e básicas Possibilita a integração e a coordenação de grande número de operações simultâneas Qualquer tipo de alteração no processo é difícil de ser implementada 17
Automação Rígida (Fixa) 18
Automação Flexível Alto custo inicial (Programável) Capacidade de alterar a seqüência de operações para produtos diferentes Adequada para produção de pequenas e médias quantidades e com alta diversificação de produtos O sistema pode ser reprogramado para alterar a seqüência de operações 19
Elementos de Automação da Manufatura Fonte: www.mecanicaonline.com.br 20
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS) Sistema Automatizado de Manufatura Reprogramável Sistemas convencionais de manufatura foram marcados por duas situações distintas: Diversificação X Baixo custo, com baixos volumes. Elevados volumes X Baixos custos, sem ter, no entanto, diversificação. Os Sistemas Flexíveis de Manufatura devem atender a essas duas situações simultaneamente. 21
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS) Máquinas NC potencialmente independentes Sistemas automatizados de carga-descarga e transporte de materiais Sistema de controle geral que engloba máquinas e sistemas de transporte
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS) Situações encontradas nos FMS Produção de grande variedade de peças de precisão Presença de sistema de controle geral - DNC Presença de sistemas de manuseio e transporte de materiais (MHS) Existência de uma rede de comunicação envolvendo todos os elementos
Componentes dos FMS Máquinas CNC Sistemas Automáticos de Armazenamento e Transporte Veículos Auto-Guiados (automated guided vehicles - AGVs) Esteiras transportadoras Sistemas automáticos de estocagem (Automated storage and retrieval systems - AS/RS) Robôs Industriais Sistemas de Controle (Softwares) Sistemas de Informação 24
Componentes dos FMS Outros elementos dos FMS Tecnologia CNC para processo Sistemas de TRF (troca rápida de ferramentas) Dispositivos flexíveis de fixação Gerenciamento das operações (Schedulling)
Ferramentas Sistema Flexível de Manufatura Controle Central (DNC) Esteira CNC CNC Pallet Carga Descarga Peças Terminal Produtos Acabados 26
Sistemas Flexíveis de Manufatura - Características E.T.s Programáveis Controle efetuado por uma rede comum (common computer network) Combina flexibilidade com eficiência Reduz tempos de set-up e de fila 27
Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS) Benefícios encontrados nos FMS Redução de custos de produção Aumento da velocidade de resposta às demandas do mercado Aumento na flexibilidade
Classificação de Problemas relacionados aos FMS Análise estratégica e de viabilidade econômica Planos de negócios e planejamento estratégico de longo prazo. Projeto da Fábrica Alinhamento com o Planejamento Estratégico a fim de alcançar os objetivos de longo prazo. Planejamento de médio prazo Decisões referentes ao plano de produção e ao horizonte de produção. Planejamento dinâmico do Sistema de Produção 29
Problemas dos FMS Seleção da peça/produto seleção das peças/produtos que serão produzidos no FMS dentro do Planejamento da Produção. Devem existir as de processamentos simultâneos e as de processamentos seqüenciados. Agrupamento das E.T.s Agrupar os equipamentos para atender à TG. Programação (carga-máquina) alocar as operações e o ferramental às E.T.s. Controle prover instruções para o controle do FMS e formas de monitorar o seu funcionamento. 30
Tecnologia da Informação Sistemas de Informações Gerenciais (SIG) trabalham com grandes quantidades de dados e informações Sistemas de Apoio à Decisão (SAD) auxiliam no processo de tomada de decisão Sistemas Especialistas Sistemas de decisão baseados em conhecimentos de especialistas 31
Inteligência Artificial Redes Neurais emulações de ações cerebrais Algorítimos Genéticos baseados em capacidades adaptativas naturais Fuzzy logic (Lógica nebulosa) simula a habilidade humana para lidar com ambigüidades e tomar decisões 32
Formas de Comunicação Avançada Electronic data interchange (EDI) Internet Wireless communications Teleconferências Códigos de Barras Realidade Virtual Etc. 33
Tecnologias de Manufatura Máquinas NC (Numerical Controlled) Controladas por fitas perfuradas Máquinas CNC (Computer Numerical Controlled) Controladas por computador (interno ou externo) Controle Numérico Central (Direct numerical control - DNC) diversas máquinas NC controladas por um único computador 34
Movimentação e Armazenagem Esteiras Automatizadas AGVs (Automated guided vehicle) Sistemas de estocagem automática (AS/RS) Etc. 35
Robótica Manipuladores programáveis Seguem caminhos específicos Substituem seres humanos em tarefas em ambientes hostis de longa duração em que se necessita consistência e resistência 36
Manufatura Integrada por Computador (Computer Integrated Manufacturing - CIM) Integração entre projeto, manufatura & expedição por meio da technologia da informação e de computadores CAD - utiliza software para criar e modificar projetos CAM - utiliza a automação programável na manufatura CAE - relaciona aspectos functionais do projeto ao CAD CAPP - cria Planos de Procasso para o CAM GT- classifica e agrupa peças e produtos 37
Componentes do CIM CAD CAE GT DFM IGES, PDES, DMIS TQM Bar codes, EDI Product design CAD/CAM MRP JIT/ kanban DSS/ES/ AI LAN, TOP, satellites Systems management CIM Manufacture Process planning CAPP Cellular manufacturing MAP, STEP NC/CNC/ DNC FMS Robotics AGV, ASRS Automated inspection Cells and centers 38