Automação industrial: histórico, características, tipos e aplicações

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

Procura substituir a tomada de decisões dos seres humanos e as atividades manuais de resposta ao comando com o uso de equipamentos mecanizados e comandos de programação lógica.

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 realizada 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 tem encontrado 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 baixo custo.

Também traz benefícios em economia de mão-de-obra, custos de eletricidade e custos de material, além de maior precisão nas medições.

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 nos processos industriais tornou-se agora uma das maiores prioridades.

Por exemplo, as empresas de semicondutores oferecem aplicativos de microcontroladores de 8 bits, encontrados em controles de motor e bomba de uso geral, para reduzir o consumo de energia e, assim, aumentar a eficiência.

O Relatório sobre o Desenvolvimento Mundial do Banco Mundial de 2018 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 avanços entre as atividades que anteriormente eram realizadas manualmente.

Revolução Industrial

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

Em 1771, foi inventado o primeiro moinho de fiação totalmente automatizado, alimentado por 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 para a produção de automóveis que é considerada um dos tipos pioneiros de automação na indústria de manufatura.

Antes disso, um carro foi 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 automóveis foram as primeiras deste tipo em todo o mundo. Reduziu o tempo de montagem do carro de 12 horas por carro para aproximadamente uma hora e meia.

Avanços no século 20

As salas de controle tornaram-se comuns na década de 1920. Até o início da década de 1930, o controle do processo era apenas ligado / desligado.

Na década de 1930, os controladores começaram a ser introduzidos, com a capacidade de fazer mudanças calculadas em resposta a desvios de um valor de controle.

As salas de controle usavam luzes coloridas codificadas para enviar sinais aos trabalhadores da fábrica para fazer certas alterações manualmente.

Durante a década de 1930, o Japão foi líder no desenvolvimento de componentes. O primeiro micro-interruptor, os relés de proteção e o temporizador elétrico de alta precisão foram desenvolvidos.

Em 1945, o Japão iniciou um programa de reconstrução industrial. O programa foi baseado em novas tecnologias, ao contrário dos métodos antiquados que o resto do mundo usava.

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

Funcionalidades

Mecanização é a operação manual de uma tarefa usando uma máquina motorizada, mas dependendo da tomada de decisão humana.

A automação representa um passo adicional para a mecanização, uma vez que substitui a participação humana com o uso de comandos de programação lógica e maquinarias poderosas.

Custos operacionais mais baixos

Com a automação industrial, os custos de férias, assistência médica e bônus associados a um trabalhador humano são eliminados. Da mesma forma, não requer outros benefícios que os funcionários tenham, como cobertura de aposentadoria, bônus, etc.

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

O custo de manutenção que está associado ao equipamento usado para automação industrial é menor, porque eles não costumam quebrar. Se eles falharem, somente os engenheiros de computação e manutenção devem repará-lo.

Alta produtividade

Enquanto muitas empresas contratam centenas de pessoas para manejar a fábrica em três turnos por no máximo 24 horas, ela ainda precisa ser fechada para férias e manutenção.

A automação industrial atende ao objetivo de uma empresa, permitindo que a planta de manufatura 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 possuem nenhum tipo de exaustão, resultando em produtos de qualidade uniforme, mesmo fabricando em momentos diferentes.

Alta flexibilidade

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

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

Alta precisão de informação

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

Isso permite 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, implantando 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 os funcionários para lidar com esse novo equipamento sofisticado envolve custos substanciais.

Tipos

Automação Fixa

É usado para executar operações repetitivas e fixas para atingir altas taxas de produção.

Ele usa um equipamento de propósito específico para automatizar processos de sequência fixa ou operações de montagem. A seqüência de operações é determinada pela configuração do equipamento.

Os comandos programados estão contidos nas máquinas na forma de engrenagens, fiação e outros hardwares que não podem ser facilmente alterados de um produto para outro.

Esta forma de automação é caracterizada por um alto investimento inicial e altas taxas de produção. Portanto, é adequado para produtos que são feitos em grandes volumes.

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 vários milhares de unidades de cada vez.

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

As taxas de produção são geralmente inferiores às da automação fixa, porque o equipamento é projetado para facilitar a troca do produto, ao invés de ter uma especialização do produto.

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

Automação flexível

Com este sistema é fornecido um equipamento de controle automático, que oferece grande flexibilidade para fazer as alterações para 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 feita rápida e automaticamente em um terminal de computador, sem ter que usar o equipamento de produção como tal.

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

Consequentemente, não é necessário agrupar os produtos em lotes. Pode produzir uma mistura de diferentes produtos, um após o outro.

Aplicações

Indústria 4.0

A ascensão da automação industrial está diretamente relacionada à "quarta revolução industrial", que é mais conhecida como Indústria 4.0. Originalmente da Alemanha, o Industry 4.0 abrange vários dispositivos, conceitos e máquinas.

O Industry 4.0 trabalha com a Internet industrial das coisas, que é a perfeita integração de vários objetos físicos na Internet, através de uma representação virtual e com software / hardware para conectar-se 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. Ele abre uma plataforma de fabricação mais confiável, consistente e eficiente do que antes.

A indústria 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 auxilia em diferentes processos de fabricação, como usinagem, solda, 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 qualquer desempenho humano.

Esses sistemas foram revisados ​​e melhorados 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 milhão em 2017.

Controladores lógicos programáveis

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

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

A maior vantagem oferecida pelos CLPs é sua flexibilidade. Eles podem operar uma variedade de diferentes sistemas de controle. Eles tornam desnecessário reconectar 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 realizada manualmente, com uma taxa de erro de 1-1, 6%. Atualmente, essa mesma tarefa é feita com uma máquina automatizada, com uma taxa de erro de 0, 0001%.

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

Automação na Audi

Na fábrica da Audi na Alemanha, o número de robôs é quase igual a 800 funcionários. Eles realizam a maior parte do trabalho pesado, bem como soldas potencialmente perigosas, assim como testes tediosamente repetitivos.

Entre os benefícios da automação na Audi estão a produtividade muito maior e os requisitos mais baixos para os trabalhadores sem treinamento.

Os robôs usados ​​na Audi não são apenas responsáveis ​​pelo 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 mais bem preparados para lidar.

Ao assumir as tarefas mais perigosas e melhorar a eficiência e a produtividade dessas tarefas, a Audi pode atrair mais funcionários altamente treinados e especializados para executar tarefas voltadas para o ser humano.

Linha de produção automatizada

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

É um exemplo de automação fixa, uma vez que essas linhas geralmente são configuradas para longos ciclos de produção.

Cada estação é projetada para realizar uma operação de processamento específica, de modo que a peça ou produto seja feito passo a passo, conforme se move 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 acabada com cada ciclo da linha.

As várias operações que ocorrem devem ser sequenciadas e coordenadas adequadamente para que a linha funcione de maneira eficiente.

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