Automação industrial: história, características e tipos

A automação industrial é a tecnologia usada por sistemas de controle, tais como computadores, robôs e tecnologias de informação para permitir a execução automática de diferentes processos e máquinas em uma indústria, sem a necessidade de operadores humanos.

Procura substituir a tomada de decisão humana e as atividades manuais de resposta a comandos pelo uso de equipamentos mecanizados e comandos de programação lógica.

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Fonte: pixabay.com

Anteriormente, o objetivo da automação era aumentar a produtividade, já que sistemas automatizados podem operar 24 horas por dia e reduzir o custo associado a operadores humanos, como salários e benefícios.

Essa automação foi alcançada por vários meios, como dispositivos mecânicos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, eletrônicos e de computador, geralmente combinados entre si.

Entre os controladores de uso geral para processos industriais estão: controladores lógicos programáveis, módulos de E / S independentes e computadores.

Situação atual

Recentemente, a automação industrial encontrou crescente aceitação por diferentes tipos de indústria, devido aos seus enormes benefícios no processo de fabricação, como aumento de produtividade, qualidade, flexibilidade e segurança a baixos custos.

Também possui benefícios em economia de mão-de-obra, custos de eletricidade e materiais, além de maior precisão de medição.

Uma tendência importante é o maior uso da visão artificial para fornecer funções de inspeção automática. Outra tendência é o aumento contínuo no uso de robôs.

A eficiência energética em processos industriais tornou-se agora uma das maiores prioridades.

Por exemplo, as empresas de semicondutores oferecem aplicações de microcontroladores de 8 bits, encontradas em controles de motores e bombas de uso geral, para reduzir o consumo de energia e aumentar a eficiência.

O Relatório de Desenvolvimento Mundial de 2018 do Banco Mundial mostra evidências de que, embora a automação industrial substitua os trabalhadores, a inovação cria novas indústrias e empregos.

História

Desde a sua criação, a automação industrial fez grandes progressos entre as atividades que foram realizadas anteriormente manualmente.

Revolução Industrial

A introdução dos primeiros motores e do motor a vapor criou um novo requisito para sistemas de controle automático, como reguladores de temperatura e reguladores de pressão.

Em 1771, foi inventada a primeira fiação totalmente automatizada, movida a energia hidráulica. Em 1785, um moinho de farinha automático foi desenvolvido, tornando-se o primeiro processo industrial totalmente automatizado.

Ford Motor

Em 1913, a Ford Motor Company introduziu uma linha de montagem de produção de automóveis que é considerada um dos tipos pioneiros de automação na indústria de transformação.

Antes disso, um carro era construído por uma equipe de trabalhadores qualificados e não qualificados. A automação da produção melhorou as taxas de produção da Ford e aumentou seus lucros.

A linha de montagem e a produção em massa de carros foram as primeiras do gênero em todo o mundo. Reduziu o tempo de montagem do carro de 12 horas para aproximadamente uma hora e meia.

Avanços no século XX

As salas de controle tornaram-se comuns na década de 1920. Até o início da década de 1930, o controle de processos era apenas ativado / desativado.

Na década de 1930, começaram a ser introduzidos controladores, com a capacidade de fazer alterações calculadas em resposta a desvios de uma figura de controle.

As salas de controle usavam luzes codificadas por cores para enviar sinais aos trabalhadores da fábrica para fazer determinadas alterações manualmente.

Durante a década de 1930, o Japão era líder no desenvolvimento de componentes. O primeiro microinterruptor, relés de proteção e timer elétrico de alta precisão foram desenvolvidos.

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Em 1945, o Japão iniciou um programa de reconstrução industrial. O programa foi baseado em novas tecnologias, diferentemente dos métodos desatualizados que o resto do mundo usou.

O Japão se tornou o líder mundial em automação industrial. Empresas de automóveis como Honda, Toyota e Nissan poderiam produzir inúmeros carros confiáveis ​​e de alta qualidade.

Caracteristicas

A mecanização é a operação manual de uma tarefa usando máquinas motorizadas, mas dependendo da tomada de decisão humana.

A automação representa uma etapa adicional da mecanização, pois substitui a participação humana pelo uso de comandos de programação lógica e maquinaria poderosa.

Custos operacionais mais baixos

Com a automação industrial, os custos de férias, assistência médica e bônus associados a um trabalhador humano são eliminados. Também não exige outros benefícios que os funcionários tenham, como cobertura de pensão, bônus etc.

Embora esteja relacionado a um alto custo inicial, economiza o salário mensal dos trabalhadores, o que leva a uma economia substancial para a empresa.

O custo de manutenção associado aos equipamentos utilizados para automação industrial é menor, porque geralmente não são danificados. Se falharem, apenas os engenheiros de computação e manutenção devem consertá-lo.

Alta produtividade

Embora muitas empresas contratem centenas de manufatureiros para administrar a fábrica em três turnos por até 24 horas, ela ainda precisa ser fechada para férias e manutenção.

A automação industrial atende ao objetivo de uma empresa, permitindo que a fábrica opere 24 horas por dia, 7 dias por semana e 365 dias por ano. Isso traz uma melhoria significativa na produtividade da organização.

Alta qualidade

A automação apazigua o erro relacionado ao ser humano. Além disso, os robôs não têm nenhum tipo de exaustão, resultando em produtos de qualidade uniforme, até mesmo fabricando-os em momentos diferentes.

Alta flexibilidade

Se uma nova tarefa for adicionada à linha de montagem, será necessária para o operador humano de um treinamento.

Por outro lado, os robôs podem ser programados para realizar qualquer tipo de trabalho. Isso torna o processo de fabricação mais flexível.

Alta precisão das informações

Os dados automatizados coletados permitem a análise das principais informações de fabricação, com grande precisão desses dados, reduzindo seu custo de compilação.

Isso permite que você tome as decisões corretas ao tentar melhorar os processos e reduzir o desperdício.

Alta segurança

A automação industrial pode tornar a linha de produção segura para os trabalhadores, implementando robôs para manobrar situações perigosas.

Alto custo inicial

O investimento inicial associado à mudança de uma linha de produção humana para uma automática é muito alto.

Além disso, treinar funcionários para lidar com esse novo equipamento sofisticado envolve custos substanciais.

Tipos

Automação fixa

É usado para executar operações repetitivas e fixas, a fim de alcançar altas taxas de produção.

Emprega um equipamento de finalidade específica para automatizar processos de sequência fixa ou operações de montagem. A sequência de operações é determinada pela configuração do equipamento.

Os comandos programados estão contidos nas máquinas na forma de engrenagens, fiação e outro hardware que não pode ser facilmente alterado de um produto para outro.

Essa forma de automação é caracterizada por altos investimentos iniciais e altas taxas de produção. Portanto, é adequado para produtos fabricados em grandes volumes.

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Automação programável

É uma forma de automação para a fabricação de produtos em lotes. Os produtos são fabricados em lotes que variam de várias dezenas a milhares de unidades por vez.

Para cada novo lote, o equipamento de produção deve ser reprogramado para adaptá-lo ao novo tipo de produto. Essa reprogramação requer tempo, com um período improdutivo seguido de uma execução de produção para cada lote.

As taxas de produção são geralmente mais baixas do que na automação fixa, porque o equipamento é projetado para facilitar a troca de produtos, em vez de ter uma especialização em produtos.

Exemplos desse sistema de automação são máquinas numericamente controladas, robôs industriais, siderúrgicas etc.

Automação flexível

Com esse sistema, é fornecido um equipamento de controle automático, que oferece grande flexibilidade para fazer alterações em cada produto. É uma extensão da automação programável.

A desvantagem da automação programável é o tempo necessário para reprogramar o equipamento de produção para cada novo lote de produto. Isso é perda de tempo de produção, o que é caro.

Na automação flexível, a reprogramação é realizada rápida e automaticamente em um terminal de computador, sem a necessidade de usar o equipamento de produção como tal.

Essas alterações são feitas através de instruções fornecidas na forma de códigos por operadores humanos.

Consequentemente, não é necessário agrupar produtos em lotes. Uma mistura de diferentes produtos pode ser produzida, uma após a outra.

Aplicações

Indústria 4.0

O aumento da automação industrial está diretamente relacionado à “quarta revolução industrial”, mais conhecida como Indústria 4.0. Originalmente da Alemanha, a Indústria 4.0 abrange vários dispositivos, conceitos e máquinas.

A Indústria 4.0 trabalha com a Internet industrial das coisas, que é a perfeita integração de vários objetos físicos na Internet, por meio de uma representação virtual, e com software / hardware para conectar, a fim de adicionar melhorias nos processos de fabricação.

Ser capaz de criar uma fabricação mais inteligente, segura e avançada é possível com essas novas tecnologias. Abre uma plataforma de fabricação mais confiável, consistente e eficiente do que antes.

O setor 4.0 abrange muitas áreas de fabricação e continuará a fazê-lo com o passar do tempo.

Robótica industrial

A robótica industrial é um ramo da automação industrial que ajuda em diferentes processos de fabricação, como usinagem, soldagem, pintura, montagem e manuseio de materiais.

Os robôs industriais usam vários sistemas mecânicos, elétricos e de software para permitir alta precisão e velocidade, o que excede em muito o desempenho humano.

Esses sistemas foram revisados ​​e aprimorados a ponto de um único robô poder operar 24 horas por dia com pouca ou nenhuma manutenção. Em 1997, havia 700.000 robôs industriais em uso, o número aumentou para 1,8 milhões em 2017.

Controladores lógicos programáveis

A automação industrial incorpora controladores lógicos programáveis ​​(PLCs) no processo de fabricação. Eles usam um sistema de processamento que permite variar os controles de entrada e saída, através de uma programação simples.

Um CLP pode receber uma variedade de entradas e retornar uma variedade de saídas lógicas. Os dispositivos de entrada são sensores e os dispositivos de saída são motores, válvulas etc.

PLCs são semelhantes aos computadores. No entanto, enquanto os computadores são otimizados para cálculos, os PLCs são otimizados para tarefas de controle e uso em ambientes industriais.

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Eles são construídos de tal maneira que apenas um conhecimento básico de programação baseada em lógica é necessário para lidar com vibrações, altas temperaturas, umidade e ruído.

A maior vantagem que os CLPs oferecem é sua flexibilidade. Eles podem operar uma variedade de diferentes sistemas de controle. Eles tornam desnecessário religar um sistema para alterar o sistema de controle. Essa flexibilidade os torna lucrativos para sistemas complexos e variados.

Exemplos

Na indústria automotiva, a instalação de pistões no motor foi usada manualmente, com uma taxa de erro de 1 a 1,6%. Atualmente, essa mesma tarefa é realizada com uma máquina automatizada, com uma taxa de erro de 0,0001%.

A inteligência artificial (IA) é usada com robótica para fazer a etiquetagem automática, usando braços robóticos como aplicadores automáticos de etiquetas e a IA para detectar os produtos a serem etiquetados.

Automação na Audi

Na fábrica da Audi na Alemanha, o número de robôs é quase igual aos 800 funcionários. Eles fazem a maior parte do trabalho pesado, bem como a soldagem potencialmente perigosa, bem como testes tediosamente repetitivos.

Entre os benefícios da automação na Audi estão uma produtividade muito maior e uma exigência menor para trabalhadores não treinados.

Os robôs usados ​​na Audi não apenas cuidam do trabalho perigoso que os funcionários sem treinamento fizeram antes, mas também coletam uma grande quantidade de dados que podem ser analisados ​​e usados ​​para melhorar a operação da fábrica.

No entanto, ainda existem tarefas que os robôs não podem executar e os humanos estão melhor preparados para lidar.

Ao assumir as tarefas mais perigosas e melhorar a eficiência e a produtividade dessas tarefas, a Audi pode atrair trabalhadores mais altamente treinados e especializados para executar tarefas focadas no ser humano.

Linha de produção automatizada

Consiste em uma série de estações de trabalho conectadas por um sistema de transferência para mover peças entre as estações.

É um exemplo de automação fixa, pois essas linhas geralmente são configuradas para longas execuções de produção.

Cada estação é projetada para executar uma operação de processamento específica, para que a peça ou produto seja fabricado passo a passo, à medida que progride ao longo da linha.

Na operação normal da linha, uma peça é processada em cada estação, de modo que muitas peças são processadas simultaneamente, produzindo uma peça finalizada a cada ciclo da linha.

As várias operações que ocorrem devem ser sequenciadas e coordenadas adequadamente para que a linha funcione com eficiência.

As linhas automatizadas modernas são controladas por controladores lógicos programáveis. Eles podem executar os tipos de funções de temporização e seqüenciamento necessárias para sua operação.

Referências

  1. Terry M. Brei (2018). O que é automação industrial? Sure Controls Inc. Retirado de: surecontrols.com.
  2. Wikipedia, a enciclopédia livre (2018). Automação Retirado de: en.wikipedia.org.
  3. Tecnologia Elétrica (2018). O que é automação industrial | Tipos de automação industrial. Retirado de: electrictechnology.org.
  4. Unitronics (2018). O que é automação industrial? Retirado de: unitronicsplc.com.
  5. Encyclopaedia Britannica (2018). Aplicações de automação e robótica. Retirado de: britannica.com.
  6. Adam Robinson (2014). Automação Industrial: Uma Breve História da Aplicação de Manufatura e o Estado Atual e as Perspectivas Futuras. Cerasis Retirado de: cerasis.com.
  7. Eagle Technologies (2013). Automação de fábrica, um exemplo alemão. Retirado de: eagletechnologies.com.

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