Automação da Produção Prof. André Pedro Fernandes Neto
2 Objetivo: Histórico da automação. Sistemas de produção e automação (controle e simulação). Automação de Processos Produtivos Contínuos e Discretos. Automação Comercial e Bancária. Robótica e Rede de Computadores. O Conceito CIM e a Integração de Processos. Sistemas Assistidos por Computadores (CAE/CAD, CAP, CAPP, CAM, CAQC, CATC, AMHSS). Sistemas Flexíveis de Manufatura e Automação. Robótica. Inteligência Artificial e Sistemas Especialistas. Controlador Lógico Programável, transdutores e atuadores. Tecnologia e Sociedade. Módulo 1 - Histórico da Automação Módulo 2 - Automação de Processos Produtivos Contínuos e Discretos Módulo 3 Sistemas de Produção e Automação Módulo 4 Automação Comercial e Bancária Módulo 5 Robótica e Rede de Computadores Módulo 6 O conceito de CIM e a integração de processos Módulo 7 Sistemas flexíveis de manufatura e automação e sistemas especialistas Módulo 8 - Controlador Lógico Programável, transdutores e atuadores Módulo 9 Tecnologia e Sociedade Carga Horária: 60 h
3 METODOLOGIA TÉCNICAS RECURSOS DIDATICOS INSTRUMENTOS DE AVALIAÇÃO Exposições dialogadas Aulas mediadas por construções grupais Estudo de caso Quadro branco Retroprojetor Datashow TV e Vídeo Textos Trabalhos temáticos grupais (Seminários); provas
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5 Avaliação Data Assuntos 1⁰ 07/Abril Módulo 1 Histórico da Automação Módulo 2 - Automação de Processos Produtivos Contínuos e Discretos Módulo 3 Sistemas de Produção e Automação Módulo 4 Automação Comercial e Bancária 2⁰ 19/ Maio Módulo 5 Robótica e Rede de Computadores Módulo 6 O conceito de CIM e a integração de processos Módulo 7 Sistemas flexíveis de manufatura e automação e sistemas especialistas Módulo 8 Controlador Lógico Programável, transdutores e atuadores 3⁰ 14/ Junho Módulo 9 Tecnologia e Sociedade Apresentação dos artigos 24, 26, 31 Maios, 02, 07, e 09 junho Reposição 4⁰ 16 / Junho 21 / Junho
Evolução Histórica 1 Fase da Revolução Industrial (1760 a 1860): Inglaterra Antes: se destacava em função do acúmulo de capitais e de reservas de carvão, com força naval para transporte e distribuição destes elementos... Depois: Passa a exportar produtos industrializados e a importar matéria prima... 2 Fase da Revolução Industrial (1860 a 1900): Assimilação da industrialização por países desenvolvidos...
Evolução Histórica 3 Fase da Revolução Industrial (a partir de 1900): Surgimento das grandes indústrias e das empresas multinacionais e transnacionais, alavancadas pela automação da produção. 4 Fase... Após a segunda guerra mundial, avanço na indústria química e eletrônica...
Evolução Histórica De 1950 até os dias atuais... TRABALHAR COM UM VOLUME MAIOR DE INFORMAÇÕES RELÉS ELETROMECÂNICOS AVANÇO DA MICROELETRÔNICA COM O PC, TODAS AS OPERAÇÕES RELACIONADAS COM A FUNÇÃO DE PRODUÇÕES PODERIAM SER INCORPORADAS. SURGIMENTO DO PC, SUBSTITUINDO PAINÉIS SINÓPTICOS, início da robótica SURGIMENTO DOS SOFTWARES ERP Planejamento de Recursos Empresariais e desenvolvimento dos CLPs 1950-1960 1960-1975
Introdução à Automação Conjunto de técnicas destinadas a tornar automáticos vários processos na indústria, substituindo o trabalho muscular e mental do homem por equipamentos diversos. Caminho de mão única. Quantidade com qualidade e economia: Competitividade. Início: Henry Ford (década de 20) - linha de produção de automóveis. Automação x desemprego. Técnicas: Controladores Lógicos Programáveis, Comando Numérico, Controle de Processos, Sistemas CAD/CAM e Robótica
Uma Introdução... Engenharia de automação é o estudo das técnicas que visam otimizar um processo de negócio, aumentando sua produtividade, promovendo a valorização da força de trabalho humano, e assegurando uma operação ambientalmente segura A automação tem por foco o processo, os ativos de produção e os especialistas envolvidos nas atividades de operação e gerenciamento do negócio A automação restitui ao homem sua condição de ser pensante no processo industrial Que tipo de tecnologia permitiu a automação se desenvolver???
Tecnologias Disponíveis Instrumentação Inteligente Instrumentação Virtual Computador no Processo Controlador Lógico Programável (CLP) Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA) Integração de Sistemas Redes Industriais
Instrumentação Inteligente Instrumentação inteligente é aquela à base de microprocessador Condiciona o sinal, no lugar do operador e apresenta informação de modo amigável Possui CPU Memória Módulo I/O Estação de Operação HART/Fieldbus Operações Status Bom Cuidado Mau ETR - 57098 Diagnósticos de Sensores, Dispositivos e Processo
Instrumentação Virtual Camada de software, hardware ou de ambos, colocada em um computador de uso geral, para o usuário interagir com o computador como se fosse um instrumento convencional Instrumento personalizado feito dentro do computador através de software aplicativo
Computador no Processo Computador usado em controle para fazer: Aquisição de Dados Controle Seqüencial (CLP, SDCD ou supervisório ) Controle Lógico (CLP) Controle Distribuído (SDCD/DCS) Controle Supervisório Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA)
Controlador Lógico Programável Sistema digital (1969) introduzido para substituir relés eletromecânicos Sistema programável Aplicado a controle lógico ou discreto Grande capacidade de coletar dados e condicionar sinais Não possui(a) interface homemmáquina
Sistema Digital de Controle Distribuído Sistema introduzido para substituir painéis de controle convencionais, centralizando tarefas e distribuindo funções; Sistema configurável; Aplicado a controle contínuo; Possui IHM poderosa e amigável.
SDCD Visão Técnica
SDCD - Estação de Operação
Sistema SCADA Os sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) começaram a ser idealizados desde a primeira metade do século passado, com a necessidade de obtenção de dados meteorológicos em grande volume Atualmente eles estão sendo largamente utilizados na indústria, principalmente aquelas cujos processos são geograficamente muito distribuídos - Componentes Básicos- Centro de Operações (CO) com uma Unidade Mestre (UM), que interage com as URs e uma Interface Homem- Máquina (IHM) baseada em Redes de computadores Uma ou mais Unidades Remotas (URs) que interagem diretamente com os processos Sistema de comunicação que permite a troca de informações entre o CO e as URs
Controle Supervisório Permitem uma visualização gráfica com informações do processo por cores e animações; Dão ao projetista um ampla gama de comunicação com os mais diversos tipos de marcas e modelos de equipamentos disponíveis no mercado.
Integração de Sistemas Interligar as várias ilhas de automação em único sistema para: Coordenar as diferentes funções Compartilhar dados Compartilhar recursos Otimizar algumas funções Unir técnicas e negócios Integração de Sistemas Contínuo Gerência Corporativa Gerência Industrial Transacional Gerência de Tempo Produção Real Controle Seqüencial Discreto Transacional Tempo Real Medição
Redes Industriais Integram todo ou parte do conjunto de informações presentes em uma indústria Sistema distribuído eficaz no compartilhamento de informações e recursos dispostos por um conjunto de máquinas processadoras Vários usuários podem trocar informações em todos os níveis dentro da fábrica Vários protocolos de comunicação foram desenvolvidos pelos mais diferentes fabricantes de equipamentos industriais Mais conhecidos: Interbus Modbus Devicebus Fieldbus Profibus
Objetivos da Automação Qualidade: controle de qualidade eficiente, compensação automática de deficiências do processo, processos de fabricação sofisticados Flexibilidade: inovações freqüentes no produto, atendimento a especificidades do cliente, produção de pequenos lotes Produtividade: produção de refugo zero, redução dos estoques Viabilidade Técnica: processamento imediato de grande volume de informações e/ou complexidade, limitações do homem, condições desumanas de trabalho
Automação Hoje Cada sistema de automação pode ser composto por 5 elementos: Acionamento: provê ao sistema energia para atingir determinado objetivo. Ex: Motores, Pistões hidráulicos, etc... Sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação ou uma propriedade particular de alguns de seus componentes; Controle: Utiliza as informações dos sensores para regular, controlar os dispositivos. Ex: para acionar motores, válvulas, etc... Comparador: elemento que permite comparar valores medidos com valores pre-estabelecidos e que servem para a tomada de decisão de quando e como atuar. Ex: termostato e os sistemas de software; Programas: contêm as informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos componentes.
Qual a aplicação da automação no controle?
Indústria e Manufatura De uma forma geral, existem dois tipos principais de processos produtivos: Processo Produtivo Contínuo e Processo Produtivo Discreto.
E qual a relação dos Processos Produtivos com a Automação??? A automação num processo produtivo, tem a finalidade de ser capaz de produzir bens com menor custo, em maior quantidade, num menor tempo e com maior qualidade.
Conceitos: No prefácio do volume 1806 da série Lectures Notes in Computer Science, dedicado exclusivamente ao tema Gerenciamento do Processo de Negócio, seus editores: Wil van der Aalst, Jörg Desel e Andreas Oberweis; escrevem, no primeiro parágrafo, que o conceito de Processo de Negócio está entre os tópicos mais quentes hottest foi o termo usado na prática e ciência dos sistemas de informação (WIL VAN DER AALST et al., 2000). De fato, desde o início dos anos 90 o conceito de Processos de Negócio tem ganhado projeção e crescente importância no mundo acadêmico e nas empresas, seu estudo e aplicação estão cada vez mais profundos e diversificados, o que pode ser verificado pela grande quantidade de áreas do conhecimento que são correlatas e que contribuem para seu desenvolvimento.
Conceitos: Contínuo - Processo no qual as interrupções são mínimas em qualquer corrida de produção ou entre corridas de produção de produtos que exibam características de processo, tais como líquidos, fibras, pulverizados, gases Discreto - Um processo industrial que prioritariamente programa curtos ciclos de produção de produtos. Processo Contínuo Alta velocidade de produção, pouco trabalho humano Clara determinação de capacidade, uma rotina, todos os produtos, baixa flexibilidade Baixa complexidade do produto Baixo valor agregado Tempos de parada causam grande impacto Pequeno número de etapas de produção Numero limitado de produtos Processo Discreto Tempo de lead time grande, muito trabalho humano no processo Capacidade não facilmente determinada (diferentes configurações, rotinas complexas) Produtos mais complexos Alto valor agregado Tempos de parada causam menor impacto Grande número de etapas de produção Grande número de etapas de produção
Definição de Automação Ciência que se preocupa com a aplicação de sistemas mecânicos, eletrônicos e computacionais para a operação e controle de processos produtivos Exemplos: Robôs Industriais; Sistemas Automatizados de Armazenagem; Máquinas de Montagem Automatizadas Sistemas Automatizados de Controle de Qualidade Sistemas de Planejamento, Coleta e Análise de Dados
CARACTERIZAÇÃO DOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS
O Porquê da Automação... Motivos/vantagens da automação: Para tornar o negócio mais atrativo, moderno; Competitividade (preço, qualidade, escala); Requisito básico para entrar no jogo (cadeias de suprimento dos grandes players indústria automobilística, petroquímica, celulose, etc) Ganhos no lead time do processo Redução dos custos de operação com mão-de-obra Redução de reprocesso advindo do erro
Premissas Básicas da Automação Aumentar o lucro ou retorno sobre investimento; Aumentar a produtividade - fazer mais com menos; Visão estratégica do processo (O que eu quero? Como chegar lá? S.W.O.T.)
Visões da Automação Automação de campo: está associado à automação através de CLPs, sensores de processos, que captam dados dos processos produtivos; Automação de técnica: visa reduzir a quantidade de mão-de-obra, aumentar a qualidade do processo, aumentar a capacidade produtiva... Automação de gestão: sistemas de manufaturas integrados, que buscam controlar toda a empresa.
Integração entre visões de automação Automação de Gestão Automação na Gestão de Vendas e Relacionamento com o Consumidor Automação na Gestão Operacional da Empresa Automação na Gestão da Cadeia de Suprimentos Movimentação de Materiais Alocação de Recursos Manutenção Automação na Função Produção da Empresa Controle de Documentos Controle da Qualidade Análise de Processos Automação de Técnica Automação na Engenharia de Produto e Processo Automação de Campo CLP s... Motores e Equipamentos Coleta de Dados
Tipos: Automação Fixa Definição: Sequência de processamento é fixa, e o equipamento é montado especificamente para a tarefa a ser executada; Operações envolvidas são simples; Integração e coordenação destas operações são complexas; Justificativa: alta demanda permite dissolver o investimento inicial por um número grande de unidades produzidas Características: Alto Custo Inicial Altas taxas de produção Dificuldade em realizar alterações no produto
Tipos: Automação Programável Definição: Equipamento permite a mudança da seqüência de operações para alteração da configuração dos produtos Justificativa: ambientes de médio-baixo volume de produção caracterizados por poucos produtos com várias configurações possíveis. Exemplos: máquinas-ferramenta, robôs Características: Alto investimento; Taxas de produção menores, em relação à automação fixa; Flexibilidade para configurar produtos; Longos Períodos de setup.
Tipos: Automação Flexível Definição: Proposta mais recente (15-20 anos); Sistema capaz de produzir grande variedade de produtos com baixo tempo de setup ; Capaz de produzir diversos tipos de produtos paralelamente; Diferenças em relação à automação programável: capacidade de mudar programas e/ou setup físico sem perda de tempo. Justificativa: ambientes de médio volume de produção, onde diversos produtos diferentes são manufaturados simultaneamente. Exemplos: Eletro-eletrônicos Características: Alto investimento; Produção contínua de combinações variadas de produtos; Taxas médias de produção; Flexibilidade nas mudanças no projeto dos produtos;
Tipos de Automação x Sistemas Produtivos PRODUÇÃO CONTÍNUA PRODUÇÃO DISCRETA
Alto Máquinas-ferramentas de CN isolados Quanto maior a variedade de produtos, maior a necessidade de tecnologias de automação que permitam alterações no projeto de produtos Centros automatizados de CN Baixo Variedade Quanto maior a produção de produtos padronizados, maior a necessidade de equipamentos especializados em determinadas funções. Sistemas flexíveis de manufatura Linhas transfers flexíveis Sistemas dedicados Baixo Volume Alto
Automação na Produção de Bens e Serviços... Fabricação de bens físicos puros Fabricação de serviços puros O processo de produção de bens tendem a ser mais automatizados que a produção de serviços...
Produção de Petróleo Fundição de Alumínio PRODUÇÃO DE BENS PUROS... Fabricante de máquinas ferramentas especiais Restaurante PRODUÇÃO DE SERVIÇOS PUROS... Serviços de sistema de informática Clínica Psicoterapêutica
Por que automatizar???
Por que automatizar??? Um Exemplo... Se o ganho no tempo de agregação de valor é tão pequeno, por que automatizar???
Por que Automatizar??? A automação é indicada para processos que já atingiram o limite de sua otimização e eficiência. INFORMATIZAR AUTOMATIZAR Assim, para aumentar a capacidade produtiva do mesmo é necessário que sejam incorporados elementos da automação. DESENVOLVER FORNECEDORES REDUZIR ESTOQUE EM PROCESSO INTERLIGAR AS CÉLULAS (KANBAN) NIVELAMENTO E BALANCEAMENTO INTEGRAR A MANUTENÇÃO PREVENTIVA INTEGRAR CONTROLE DE QUALIDADE REDUZIR/ELIMINAR O TEMPO DE SETUP FORMAR CÉLULA DE MANUFATURA E MONTAGEM