Automação industrial megatendência: especialistas discutem oportunidades e desafios
Seja na produção, montagem, manuseio de materiais ou logística: a automação está sendo integrada a cada vez mais processos em todas as indústrias e áreas de negócios e está mudando-os de baixo para cima. Cabos e fios são como um sistema nervoso: quando necessário, eles transmitem sinais, dados e energia do sensor através do controlador para o nível de gerenciamento. Em uma discussão especializada, analisamos de perto os desafios enfrentados pela automação industrial, bem como os prováveis desenvolvimentos e tendências futuras nesta área empolgante.
O TERMO “AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL” É MUITO AMPLO E COBRE MUITAS SUBDISCIPLINAS. QUAL A SUA DEFINIÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL?
Martin Schleef: Imagine uma máquina ou um conjunto de máquinas interligadas que executa repetidamente tarefas específicas em alta velocidade. Simplificando, a automação industrial trata de como controlar essas máquinas, ou seja, como ligá-las, pará-las no meio da produção ou fazer melhorias nelas. O benchmark mais relevante aqui é a chamada eficácia geral do equipamento ou OEE. Essa métrica reflete a utilização dos equipamentos em relação ao tempo de produção e converte os níveis de disponibilidade, desempenho e qualidade em proporções fáceis de visualizar. No Fraunhofer IPA, investigamos como o OEE pode ser melhorado usando tecnologia de sensores, inteligência artificial e outras tecnologias.
Matthias Eick: A meu ver, o objetivo da automação industrial é automatizar processos com alta precisão de repetibilidade e eliminar a necessidade de envolvimento humano. Esses processos não são mais exclusividades do chão de fábrica: há muitas outras áreas também se beneficiando dos avanços da automação. Agora há uma abundância de ferramentas técnicas menores, mais poderosas e fáceis de usar no mercado.
Steffen Quadt: O termo não é mais exclusivo da fabricação. A agricultura também é um tipo de indústria. Na minha opinião, o principal objetivo da automação industrial é melhorar a produtividade. Isso pode ser feito por meio da tecnologia, mas também por meio de novos métodos e abordagens. A mesma tecnologia pode alcançar resultados completamente diferentes, dependendo de como é implantada.
Frank Sangel: Além da produtividade, a automação também visa aliviar as pessoas de tarefas monótonas e cansativas, o que melhora a segurança do processo.
Schleef: Isso mesmo. Distinguimos entre diferentes drivers de automação, como qualidade na forma de precisão de repetição, por exemplo, ou ergonomia e disponibilidade de pessoal.
Eick: Automação não significa apenas tornar os processos mais produtivos, mas otimizar o uso de recursos. Máquinas em indústrias de processamento, por exemplo, podem programar e usar materiais com muito mais eficiência com a ajuda de modelos computacionais.
A AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS É UMA INTERAÇÃO DE DIVERSOS COMPONENTES. COM BASE NO SEU ENTENDIMENTO, O QUE CONTA COMO TECNOLOGIA DE AUTOMAÇÃO?
Quadt: Vemos a tecnologia de automação de uma perspectiva vertical e horizontal. A perspectiva vertical é a famosa pirâmide de automação que é dividida em diferentes níveis: Logo na parte inferior, no chamado nível de componentes, estão os atuadores e sensores; acima deles estão o nível de controle, tecnologia de gerenciamento de manufatura e nível de gerenciamento de planejamento empresarial. O objetivo é sempre automatizar de forma estruturada de baixo para cima. Esta abordagem fornece uma visão esquemática da automação. Há também a perspectiva horizontal, o chamado ciclo de vida do produto. Isso começa com a definição dos requisitos na fase de desenvolvimento, ou seja, muito antes do início da fabricação. Além disso, continua até que haja um sucessor ou o produto seja descontinuado e inclui o fornecimento de peças de reposição. A perspectiva horizontal está se tornando cada vez mais relevante à luz de questões como sustentabilidade, energia e eficiência de recursos.
Eick: É quase impossível para a maioria dos usuários ver as coisas dessa maneira abrangente. Na prática, é mais provável que se trate de “quero fazer um determinado produto, por isso tenho de adaptar os meus processos em conformidade”.
Quadt: E exatamente por esse motivo, a evolução da tecnologia de automação está longe de terminar. A inteligência artificial e os algoritmos preditivos serão muito mais usados no futuro para analisar e otimizar as operações. A visão bidimensional que temos agora provavelmente se estenderá a múltiplas dimensões.
INDÚSTRIA 4.0, IIOT E BIG DATA: A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ESTÁ LENTAMENTE, MAS COM CERTEZA, TAMBÉM MUDANDO PARA ISSO. QUAIS POSSIBILIDADES E RISCOS VOCÊ VÊ DECORRENTES DESTE?
Schleef: No momento, estamos coletando muitos dados, mas não estamos fazendo nada com eles, e isso é um problema. A questão é: a quem pertencem os dados de fabricação? Pertence à empresa fabricante ou ao fabricante da máquina? Compartilhar dados também significa entregar informações confidenciais que muitas empresas relutam em fazer.
Jürgen Berger: E a TI em pequenas e médias empresas geralmente não é tão boa quanto deveria ser. A implementação de novas tecnologias abre simultaneamente as portas a ataques externos, pelo que as empresas têm de começar a proteger-se também destes. Muitos estão preocupados com essa vulnerabilidade quando introduzem a automação porque ataques cibernéticos podem interromper a produção, por exemplo. É menos sobre processos individuais, porém, do que uma vontade fundamental de aceitar esse risco.
Eick: A segurança de TI é a área que mais muda na automação industrial. As empresas não podem tratar isso como um tópico único. Em vez disso, eles precisam manter os olhos na bola e precisam de ajuda de fora para fazer isso.
Quadt: Isso é verdade. A segurança cibernética precisa de muitas pessoas altamente qualificadas e qualificadas. Mas quando está em vigor, a automação abre enormes oportunidades, muitas das quais ainda desconhecemos completamente. Existem conexões que ainda não vemos porque são muito complexas. Algoritmos avançados e aprendizado de máquina nos colocam em posição de entender melhor a complexidade e reconhecer padrões que antes eram desconhecidos.
POR MUITO TEMPO, A AUTOMAÇÃO FOI APENAS PARA GRANDES EMPRESAS. COMO ELE PODE SER ACESSÍVEL TAMBÉM A PEQUENOS E MÉDIOS?
Schleef: O nível de automação tende a ser maior nas grandes empresas do que nas pequenas e médias. Mas deixar de investir em automação acabará sendo um problema, por exemplo, quando a produtividade é prejudicada e uma empresa perde sua vantagem competitiva. Vejo um enorme potencial aqui para a robótica, em particular os cobots: as possibilidades de aplicação estão literalmente explodindo e os robôs estão ficando mais baratos e fáceis de usar. A maioria das pessoas não percebe como é simples programar um cobot. E através do “aprendizado por imitação” os robôs também aprendem muito.
Quadt: O primeiro obstáculo que muitas empresas enfrentam são os altos custos. Estes são inevitáveis, mas se amortizam rapidamente, pois os operadores desejam maximizar o uso de suas máquinas. A melhor máquina não é necessariamente aquela otimizada para fazer um único trabalho de forma rápida e eficiente. Um que seja flexível o suficiente para fazer vários trabalhos pode ser mais apropriado.
Schleef: Isso é verdade. Mesmo grandes fabricantes, por exemplo, na indústria automobilística, estão investindo cada vez mais em conceitos inovadores, em vez de linhas de montagem altamente especializadas. Um desses conceitos é a chamada produção matricial onde os produtos seguem caminhos flexíveis entre as células de produção, permitindo um melhor mapeamento das diversas variantes. Essa abordagem também é interessante para pequenas e médias empresas que fabricam quantidades menores.
Eick: A flexibilidade da Indústria 4.0 – onde tamanhos de lote tão pequenos quanto 1 são economicamente viáveis – inevitavelmente tem o custo de uma eficiência ligeiramente menor. As pequenas e médias empresas não precisam redesenhar todo o chão de fábrica de uma só vez. Em vez disso, eles podem começar com uma solução de ilha com tecnologia de acionamento descentralizada ou substituir sistemas e componentes individuais. Isso permite que eles se familiarizem gradualmente com a automação.
Schleef: Muitas empresas não têm ideia de como otimizar seu pool de máquinas além do nível de automação já existente – seja por meio de digitalização adicional, registro estendido de medição e dados de qualidade ou inteligência artificial. Mas se o fizerem, isso abrirá muitas novas portas, mesmo para sistemas que já estão funcionando com desempenho máximo. Existem programas públicos de apoio, como os chamados Quick Checks, que as empresas podem usar para fazer com que suas fábricas sejam analisadas e avaliadas ao longo de alguns dias.
Sangel: O tempo e o custo de conectar e conectar a tecnologia de automação costumavam ser imensos, o que incomodava muitos fabricantes de máquinas. Hoje em dia, porém, tudo hoje é pré-configurado e montado, o que facilita muito.
A AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ESTÁ SEMPRE ASSOCIADA À PERDA DE EMPREGO. ISSO É VERDADE?
Berger: Isso é exatamente o que eu penso. Aqui na Alemanha, por exemplo, dependemos da imigração, então devemos nos esforçar mais para integrar pessoal qualificado estrangeiro. Há muito o que fazer.
Eick: Mas a escassez de habilidades não é exclusiva da Alemanha. Também estamos achando cada vez mais difícil recrutar pessoas adequadas para vários empregos em outros países, por exemplo, na Europa Oriental.
Schleef: Algumas pessoas gostam de afirmar que o objetivo da automação é reduzir custos reduzindo a equipe. Mas esta argumentação não é convincente: existem muitas profissões em que as empresas têm dificuldade em recrutar qualquer pessoa e isso quase as força a seguir o caminho da automação. Mais do que uma ameaça, a automação é uma garantia de empregos. Pois muitas atividades não seriam mais possíveis se a automação não suprisse a falta de pessoal.
Quadt: Indústrias automatizadas também precisam de profissionais qualificados, às vezes mais do que antes. A especificação do trabalho é apenas diferente. A indústria de ofícios qualificados está em uma situação semelhante. Na minha opinião, os políticos devem fazer mais aqui para resolver essa escassez.
Quadt: A automação tem outro grande ponto positivo: elimina a necessidade de as pessoas fazerem trabalhos cansativos, monótonos ou perigosos que ninguém mais quer ou tem permissão para fazer. Devemos usar os outros pontos fortes das pessoas, por exemplo, sua flexibilidade. Como sociedade, é nossa responsabilidade incentivar as qualificações e o desenvolvimento profissional, em vez de preservar empregos e atividades desatualizados. Não dependemos de matérias-primas para nossa prosperidade na Europa Central, mas de tecnologias e de nossa capacidade de desenvolvê-las e explorá-las.
NO FUTURO, AS EMPRESAS TERÁ QUE TORNAR SUA PRODUÇÃO E LOGÍSTICA MAIS INTELIGENTE E MAIS VERDE, OU seja, MAIS SUSTENTÁVEL. COMO A AUTOMAÇÃO PODE AJUDAR AQUI?
Sangel: Existem fabricantes de máquinas injetoras, por exemplo, que agora usam servomotores em vez de energia hidráulica para segurar suas ferramentas. A grande vantagem disso é que o servomotor só precisa de energia quando está em movimento, enquanto um sistema hidráulico precisa de energia o tempo todo. Grandes fabricantes costumam usar dezenas dessas máquinas. O potencial de economia de energia é enorme. Existem estudos que mostram que a substituição de sistemas pneumáticos e hidráulicos por tecnologia de automação elétrica reduz o consumo de energia em dez por cento. A produção de ar comprimido consome muita energia e, além disso, existem todos os vazamentos. Além disso, pequenos servo drives são consideravelmente mais fáceis de automatizar do que os cilindros de ar comprimido.
Eick: Quando se trata de cabos, os híbridos são uma maneira inteligente de economizar recursos. Energia e dados são combinados em um único cabo. Isso significa que só preciso de um em vez de dois cabos, o que economiza materiais de fabricação. Além disso, existem muitos outros componentes, como correntes de arraste e acopladores, que podem ser dimensionados de forma menor e mais eficiente. Portanto, estamos contribuindo para um ambiente mais verde com nossos produtos.
Quadt: Máquinas e componentes com longa vida útil também contribuem para a sustentabilidade. Uma caixa de engrenagens, por exemplo, pode ser usada por várias décadas. Os equipamentos eletrônicos, por outro lado, tendem a se tornar obsoletos mais rapidamente. Portanto, o objetivo deve ser desenvolver estratégias para melhorar a vida útil, por exemplo, atualizando ou atualizando em vez de substituir dispositivos.
Sangel: E isso nos leva ao tema das reformas, que também é um passo em direção a uma melhor sustentabilidade. Na construção de máquinas-ferramenta, por exemplo, vale a pena modernizar máquinas antigas, pois as partes mecânicas ainda têm bastante vida útil. Quando a tecnologia de automação é substituída, o resultado geralmente é uma máquina muito mais eficiente por uma fração do custo de uma nova.
Quadt: Temos que desenvolver tecnologia de automação no futuro que apoie uma economia circular. Matérias-primas como ímãs e terras raras são caras. Alguns deles são muito difíceis de obter e outros só podem ser encontrados em áreas de crise. Portanto, é cada vez mais importante pensar em processos como o desmantelamento e a reciclagem desses materiais desde a fase de projeto de um novo produto.
MUITOS SETORES DA INDÚSTRIA ESTÃO AGORA COMPLETAMENTE AUTOMATIZADOS. ONDE VOCÊ AINDA VÊ POSSIBILIDADES E QUAIS NOVAS APLICAÇÕES VOCÊ TEM EM MENTE PARA O FUTURO?
Berger: A manutenção preditiva, ou seja, a manutenção de máquinas e equipamentos por meio do monitoramento de condições e análises de dados, é um grande tópico. Em teoria, isso já pode ser feito hoje, mas, na prática não é, e muitas vezes por motivos simples: por exemplo, porque os dados de medição relevantes não foram definidos. Às vezes há dificuldades na preparação dos dados. Ou pode haver problemas na definição dos critérios de avaliação, algo muito complexo e que deve ser feito para cada candidatura individual.
Quadt: Existem tantas causalidades relacionadas a máquinas e equipamentos, algumas das quais nem conhecemos. O único caminho a seguir aqui é criar uma cultura de medição e registrar tantos parâmetros mensuráveis quanto possível. Algoritmos inteligentes podem descobrir mais tarde quais deles são relevantes. Tem que ficar claro para o cliente: temos uma ideia, mas não a solução! Temos que trabalhar juntos para encontrá-lo. Muitas empresas estão cientes do monitoramento de condições e da manutenção preditiva, mas ainda falta uma parte importante.
Schleef: As muitas possibilidades de automação na oficina de montagem não devem ser esquecidas. Aqui, muitos trabalhos ainda são feitos à mão, o que os cobots poderiam fazer. Atividades comerciais especializadas, como as da indústria da construção, também estão passando por uma automação massiva. Outra tendência são as ferramentas digitais, como óculos de dados e óculos HoloLens, que, entre outras coisas, oferecem suporte remoto aos funcionários durante o comissionamento ou manutenção, fornecendo-lhes informações e instruções.
Quadt: De qualquer forma, humanos e máquinas estão se aproximando e se conectando melhor uns com os outros. A manutenção em ambiente semi-virtual é um exemplo disso. Muitas atividades podem ser executadas de forma mais rápida, eficaz e com menos erros. Já existem projetos virtuais de máquinas e equipamentos, por exemplo, mas futuramente será possível comissioná-los também virtualmente. As possibilidades de otimização estão sendo descobertas antes mesmo que o equipamento tenha sido construído fisicamente. Estou convencido de que o desenvolvimento da automação industrial ainda está em sua infância.
SOBRE AS PESSOAS
da esquerda para a direita
Jürgen Berger é um funcionário nascido e criado da HELUKABEL e trabalha na empresa há 25 anos. Ele é responsável pelos produtos de tecnologia de dados, redes e barramentos.
Matthias Eick é gerente de segmento global da HELUKABEL desde 2014 e é responsável pela automação e tecnologia de acionamento. Nascido na Baixa Saxônia, na Alemanha, ele atua no setor de TV a cabo há 17 anos.
Steffen Quadt é gerente de produto da SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG em Bruchsal, Alemanha. Depois de concluir seu diploma mecatrônico duplo (trabalho-estudo), ele trabalhou como engenheiro de tecnologia de acionamento em P&D de tecnologia de sensores e integração de motores digitais por 16 anos.
Frank Sangel é o fundador e diretor administrativo da Sangel Systemtechnik GmbH, que se tornou parte do HELUKABEL Group em 2022. A empresa está sediada em Bielefeld, Alemanha, e é uma fabricante líder de conjuntos de cabos e módulos de sistema para máquinas e engenharia de instalações.
Martin Schleef é gerente da divisão de negócios de máquinas e engenharia de instalações no Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA em Stuttgart. O engenheiro de processo formado passou por diversas empresas internacionais, inclusive do setor eletrônico, antes de se dedicar integralmente à pesquisa aplicada.
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