A automação permite que as empresas operem de maneira mais eficiente, flexível e sustentável, proporcionando uma vantagem competitiva significativa em um mercado global cada vez mais exigente. Os benefícios da automação industrial são amplos e abrangem desde a melhoria da produtividade e qualidade até a redução de custos e aumento da segurança dos trabalhadores.
Nesta publicação do Blog da Kalenborn do Brasil vamos conferir como uma empresa pode desenvolver e aplicar a automação na sua indústria.
Tipos de Automação Industrial
A automação industrial envolve o uso de tecnologias e sistemas de controle para operar equipamentos e processos industriais com mínima intervenção humana; o que resulta em maior eficiência, precisão e segurança na produção. Existem vários tipos de automação industrial, cada um adequado a diferentes necessidades e contextos de produção.
Automação Fixa (Hard Automation)
A automação fixa envolve a utilização de equipamentos específicos e dedicados para realizar tarefas repetitivas e de alto volume. Esses sistemas são projetados para executar uma sequência fixa de operações de maneira contínua, sendo altamente eficientes para a produção em massa de produtos padronizados.
Um exemplo clássico são as linhas de montagem automotivas, onde cada estação realiza uma operação específica em uma sequência predeterminada. A principal vantagem da automação fixa é sua alta eficiência e produtividade para grandes volumes de produção. No entanto, sua rigidez e falta de flexibilidade são desvantagens, pois qualquer mudança no produto ou no processo pode exigir modificações significativas no equipamento.
Automação Programável
A automação programável é projetada para lidar com lotes de produção que variam em tamanho e complexidade. Os sistemas programáveis permitem a reprogramação dos equipamentos para diferentes tarefas ou produtos. Eles são mais flexíveis que a automação fixa e são adequados para operações que requerem mudanças periódicas no processo de produção.
Exemplos incluem máquinas-ferramenta CNC (Controle Numérico Computadorizado), que podem ser reprogramadas para fabricar diferentes peças conforme necessário. A vantagem dessa automação é a flexibilidade para lidar com produtos variados, enquanto a desvantagem pode ser o custo e o tempo envolvidos na reprogramação e configuração dos equipamentos.
Automação Flexível (Soft Automation)
A automação flexível vai além da automação programável, oferecendo ainda mais adaptabilidade para diferentes processos e produtos. Esses sistemas são projetados para responder rapidamente a mudanças na demanda e nos requisitos de produção, permitindo a produção de pequenos lotes com alta variação de produtos. Sistemas de manufatura flexível (FMS) são um exemplo, onde uma rede de máquinas e robôs é controlada por um sistema central que pode ajustar rapidamente a produção conforme necessário.
A automação flexível é altamente vantajosa em ambientes onde a personalização e a rápida mudança de produtos são cruciais. Sua principal desvantagem pode ser o custo inicial elevado e a complexidade do sistema.
Automação Integrada
A automação integrada envolve a interligação de diferentes sistemas e processos de uma fábrica em um sistema único e coeso. Neste tipo de automação, temos a integração de máquinas, robôs, sistemas de controle de qualidade, logística e até sistemas de gestão empresarial (ERP). A automação integrada permite a coleta e análise de dados em tempo real, melhorando a tomada de decisões e a eficiência operacional.
Um exemplo é a Indústria 4.0, que utiliza tecnologias como Internet das Coisas (IoT), big data e inteligência artificial para criar fábricas inteligentes. A principal vantagem da automação integrada é a otimização total do processo de produção e a capacidade de resposta a mudanças em tempo real. No entanto, a complexidade e os custos de implementação são considerações importantes.
Robótica Industrial
A robótica industrial é um componente essencial da automação industrial, utilizando robôs para realizar tarefas diversas como soldagem, montagem, pintura, embalagem e inspeção. Os robôs podem ser programados para realizar tarefas repetitivas com alta precisão e velocidade, substituindo ou complementando o trabalho humano em ambientes industriais.
Existem diferentes tipos de robôs, como robôs articulados, SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm), delta e robôs colaborativos (cobots), cada um adequado a diferentes tipos de tarefas. A robótica industrial melhora a eficiência, a qualidade e a segurança no ambiente de trabalho. A desvantagem pode ser o custo inicial de aquisição e a necessidade de manutenção especializada.
Automação de Processos
A automação de processos é utilizada em indústrias que lidam com processos contínuos, como as indústrias química, petroquímica, farmacêutica e de alimentos e bebidas. Esses sistemas automatizam o controle de processos como mistura, aquecimento, resfriamento, fermentação e destilação. Utilizam sensores, controladores lógicos programáveis (PLCs) e sistemas de controle distribuído (DCS) para monitorar e ajustar continuamente os parâmetros do processo.
A automação de processos melhora a precisão e a consistência, reduzindo o desperdício e aumentando a eficiência. No entanto, a implementação pode ser complexa e exigir um investimento significativo em equipamentos e software.
Benefícios da Automação Industrial
A automação industrial oferece uma série de benefícios significativos que podem transformar a maneira como as empresas operam, melhorando a eficiência, a qualidade e a competitividade.
Aumento da Produtividade
A automação industrial permite que as máquinas operem continuamente, sem interrupções, exceto para manutenção planejada. Essa operação resulta em um aumento substancial na produtividade, pois a produção não é limitada pelas restrições humanas, como fadiga e necessidade de pausas. Sistemas automatizados podem trabalhar 24 horas por dia, 7 dias por semana, aumentando significativamente a produção total.
Melhoria da Qualidade
A automação industrial proporciona uma precisão e consistência muito maiores do que as possíveis com operações manuais. As máquinas automatizadas podem realizar tarefas com um nível de precisão extremamente alto, reduzindo a variação e os defeitos nos produtos finais. A automação industrial leva a uma melhoria na qualidade dos produtos, aumentando a satisfação do cliente e reduzindo os custos associados a defeitos e retrabalho.
Redução de Custos Operacionais
Embora a implementação inicial de sistemas automatizados possa ser dispendiosa, a automação reduz significativamente os custos operacionais a longo prazo. A automação diminui a necessidade de mão de obra manual para tarefas repetitivas e rotineiras, reduzindo os custos salariais. Além disso, a maior eficiência energética e a redução do desperdício de materiais contribuem para uma economia de custos substancial.
Melhoria na Segurança Dos Trabalhadores
A automação pode assumir tarefas perigosas ou fisicamente exigentes, reduzindo o risco de acidentes e lesões no local de trabalho. Máquinas e robôs podem operar em ambientes perigosos, lidar com materiais tóxicos ou executar tarefas fisicamente desgastantes, protegendo os trabalhadores e permitindo que eles se concentrem em funções que exigem habilidades mais complexas e criativas.
Maior Flexibilidade e Adaptabilidade
Sistemas de automação, especialmente aqueles programáveis e flexíveis, permitem que as empresas adaptem rapidamente suas operações para responder a mudanças nas demandas do mercado ou nos requisitos dos clientes. A reprogramação de máquinas para produzir diferentes produtos ou alterar a sequência de operações pode ser feita de maneira eficiente, permitindo uma produção mais ágil e personalizada.
Melhor Utilização de Recursos
A automação industrial permite uma utilização mais eficiente de recursos materiais e energéticos. Sistemas automatizados podem monitorar e controlar processos em tempo real, otimizando o uso de materiais e minimizando o desperdício. Ou seja, resulta em uma produção mais sustentável e econômica, contribuindo para a redução do impacto ambiental.
Coleta e Análise de Dados
A automação industrial moderna frequentemente incorpora sensores e sistemas de monitoramento que coletam dados em tempo real sobre diversos aspectos do processo de produção. Esses dados podem ser analisados para identificar padrões, otimizar processos e prever problemas antes que ocorram. A análise de dados permite uma tomada de decisão mais informada e estratégica, melhorando a eficiência e a eficácia operacional.
Redução do Tempo de Ciclo de Produção
A automação pode acelerar significativamente o ciclo de produção, reduzindo o tempo necessário para fabricar um produto do início ao fim. Esse menor tempo de produção é particularmente benéfico em indústrias onde a velocidade de produção é crucial para atender à demanda do mercado. Um tempo de ciclo mais curto também pode reduzir o tempo de lançamento de novos produtos no mercado, proporcionando uma vantagem competitiva.
Consistência na Produção
A automação garante que cada produto seja fabricado com as mesmas especificações e qualidade. Essa consistência é vital para manter a confiança do cliente e cumprir padrões regulatórios rigorosos. Processos automatizados eliminam a variabilidade introduzida por erros humanos, garantindo um produto final uniforme e de alta qualidade.
Redução do Tempo de Parada
Sistemas automatizados são projetados para serem altamente confiáveis e requerem menos manutenção não planejada. Além disso, muitos sistemas automatizados incluem diagnósticos internos e capacidades de manutenção preditiva, que identificam e corrigem problemas antes que causem paradas na produção; o que resulta em uma maior disponibilidade de máquinas e uma produção mais contínua.
Impulsionamento da Competitividade
Empresas que investem em automação podem reduzir custos, melhorar a qualidade e aumentar a produção, tornando-se mais competitivas no mercado global. A capacidade de responder rapidamente às demandas dos clientes e entregar produtos de alta qualidade de maneira eficiente pode diferenciar uma empresa de seus concorrentes.
Integração de Sistemas
A automação industrial facilita a integração de diferentes sistemas e processos dentro da fábrica. Isso cria um ambiente de produção mais coeso e eficiente, onde diferentes etapas do processo de produção são sincronizadas e coordenadas. A integração de sistemas permite uma melhor comunicação e colaboração entre diferentes departamentos, melhorando a eficiência geral da operação.
Como Aplicar a Automação Numa Indústria
Aplicar a automação numa indústria é um processo complexo que envolve várias etapas, desde a análise inicial das necessidades até a implementação e manutenção dos sistemas automatizados.
Análise de Necessidades e Objetivos
O primeiro passo para aplicar a automação é realizar uma análise detalhada das necessidades da indústria e definir os objetivos da automação. Essa etapa envolve identificar os processos e tarefas que podem ser automatizados, bem como os benefícios esperados, como aumento de produtividade, melhoria da qualidade, redução de custos e melhoria da segurança. Entender as necessidades específicas da empresa é crucial para escolher as soluções de automação adequadas.
Avaliação de Processos
Uma avaliação detalhada dos processos atuais é necessária para identificar quais áreas podem ser automatizadas. Para este processo, é preciso mapear os fluxos de trabalho, identificar pontos críticos e ineficiências, e entender as interações entre diferentes etapas do processo de produção. A análise de processos ajuda a determinar onde a automação pode trazer os maiores benefícios e quais tecnologias são mais apropriadas para cada aplicação.
Seleção de Tecnologias de Automação
Com base na análise de necessidades e avaliação de processos, a próxima etapa é selecionar as tecnologias de automação mais adequadas. Existem várias opções, incluindo:
- Controladores Lógicos Programáveis (PLCs): Usados para automação de processos industriais, controle de máquinas e sistemas de produção.
- Robôs Industriais: Utilizados para tarefas repetitivas como montagem, soldagem, pintura e embalagem.
- Sistemas de Controle Distribuído (DCS): Adequados para processos contínuos em indústrias químicas e petroquímicas.
- Sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): Para monitoramento e controle de processos em tempo real.
- Sistemas de Manufatura Flexível (FMS): Para produção adaptável e personalizável.
Desenvolvimento de um Plano de Implementação
Um plano de implementação detalhado deve ser desenvolvido, especificando todas as etapas do processo de automação. Por exemplo, é preciso incluir o cronograma de implementação, orçamento, recursos necessários, responsabilidades da equipe e metas específicas. O plano deve também considerar possíveis interrupções na produção e como minimizá-las durante a transição para sistemas automatizados.
Projeto e Integração do Sistema
O projeto do sistema de automação envolve o desenvolvimento de soluções específicas para os processos identificados. Nessa projeção temos a programação de PLCs, o design e configuração de sistemas de robótica, a integração de sensores e atuadores, e a criação de interfaces de usuário para sistemas SCADA. A integração de sistemas também envolve garantir que todos os componentes funcionem juntos de maneira coesa e eficiente.
Testes e Validação
Antes de implementar a automação em escala completa, é crucial realizar testes rigorosos e validações dos sistemas projetados; realizando testes de funcionamento, desempenho, segurança e confiabilidade. Os testes ajudam a identificar e corrigir problemas antes que o sistema seja implementado na produção em larga escala, garantindo que tudo funcione conforme o esperado.
Treinamento da Equipe
A implementação de sistemas automatizados requer que a equipe de operação e manutenção esteja devidamente treinada. É preciso desenvolver treinamentos sobre os novos procedimentos operacionais, manutenção preventiva e corretiva, e resolução de problemas. O treinamento adequado garante que a equipe esteja preparada para operar e manter os novos sistemas, minimizando interrupções e maximizando a eficiência.
Implementação Gradual
Para minimizar riscos e garantir uma transição suave, a implementação da automação deve ser feita de maneira gradual. Essa etapa pode envolver a automação de um único processo ou linha de produção primeiro, seguido pela expansão para outras áreas da fábrica. A implementação gradual permite que a equipe se adapte aos novos sistemas e que ajustes sejam feitos com base no feedback e na experiência inicial.
Monitoramento e Otimização Contínua
Após a implementação, é importante monitorar continuamente o desempenho dos sistemas automatizados e coletar dados operacionais. Esses dados podem ser analisados para identificar oportunidades de melhoria e otimização. A manutenção preventiva e a atualização regular dos sistemas garantem que a automação continue a operar de maneira eficiente e eficaz.
Conferência de Resultados e Feedback
Finalmente, a avaliação dos resultados em relação aos objetivos estabelecidos é crucial para determinar o sucesso da implementação da automação. Essa mensuração inclui medir indicadores de desempenho como produtividade, qualidade, custo operacional e segurança. O feedback da equipe operacional e de manutenção é valioso para identificar áreas de melhoria e para ajustar as estratégias de automação conforme necessário.
Seguir essas etapas de maneira detalhada e bem planejada ajuda a garantir uma implementação de automação bem-sucedida, que traz benefícios significativos para a eficiência, qualidade e competitividade da empresa.
E então, sua empresa consegue desenvolver e aplicar uma automação industrial? Bem, a escolha do tipo de automação depende de fatores como volume de produção, variedade de produtos, complexidade do processo e recursos disponíveis para investimento; ficando a cargo dos gestores a tomada de decisão certa para conduzir o projeto.
