Automação industrial: história, características e tipos - Ciência - 2023

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o automatização industrial É a tecnologia que se utiliza, por meio de sistemas de controle como computadores, robôs e tecnologias da informação, para permitir a operação automática de diferentes máquinas e processos em uma indústria, sem a necessidade de operadores humanos.

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

Anteriormente, o objetivo da automação era aumentar a produtividade, uma vez que os sistemas automatizados podem operar 24 horas por dia, e reduzir os custos associados aos operadores humanos, como salários e benefícios.

Esta automação tem sido alcançada por diversos meios, tais como dispositivos mecânicos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, eletrônicos e informáticos, geralmente combinados entre eles.

Os controladores de uso geral para processos industriais incluem: controladores lógicos programáveis, módulos de E / S independentes e computadores.

Situação atual

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

Ele também traz benefícios em economia de mão de obra, custos de eletricidade e custos de material, bem como maior precisão de medição.

Uma tendência importante é o aumento do uso da visão computacional para fornecer funções de inspeção automática. Outra tendência é o aumento contínuo do uso de robôs.

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

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

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

História

Desde o seu início, a automação industrial avançou muito entre as atividades que antes eram realizadas manualmente.

Revolução Industrial

A introdução dos primeiros motores e da máquina a vapor criou uma nova exigência 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 automático de farinha foi desenvolvido, tornando-se o primeiro processo industrial totalmente automatizado.

Ford Motor

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

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 automóveis foram as primeiras desse tipo no mundo. Ele reduziu o tempo de montagem do carro de 12 horas por carro para cerca de 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 de processo era apenas ligado / desligado.

Os controladores começaram a ser introduzidos na década de 1930, 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 sinalizar aos trabalhadores da fábrica para fazer certas alterações manualmente.

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

Em 1945, o Japão iniciou um programa de reconstrução industrial. O programa era baseado em novas tecnologias, em oposição aos métodos antiquados que o resto do mundo usava.

O Japão se tornou o líder mundial em automação industrial. As montadoras como Honda, Toyota e Nissan foram capazes de produzir vários carros confiáveis e de alta qualidade.

Caracteristicas

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

A automação representa uma etapa adicional à mecanização, pois substitui a participação humana pelo uso de comandos de programação lógica e maquinários poderosos.

Custos operacionais mais baixos

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

Embora esteja relacionado a um alto custo inicial, ele 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, pois eles não tendem a quebrar. Se eles falharem, apenas os engenheiros de TI e de manutenção devem consertá-lo.

Alta produtividade

Embora muitas empresas contratem centenas de funcionários da manufatura para operar a fábrica por três turnos no máximo 24 horas, a fábrica ainda precisa ser fechada para feriados e manutenção.

A automação industrial atende aos objetivos da 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 os erros humanos. Além disso, os robôs não apresentam nenhum tipo de exaustão, resultando em produtos de qualidade uniforme, mesmo quando fabricados em horários diferentes.

Alta flexibilidade

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

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 analisar as principais informações de manufatura, com grande precisão desses dados, reduzindo seu custo de compilação.

Isso permite que decisões corretas sejam tomadas ao tentar melhorar os processos e reduzir o desperdício.

Alta seguranca

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 operar esse novo equipamento sofisticado envolve custos substanciais.

Tipos

Automação fixa

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

Empregue uma equipe dedicada 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 outro hardware que não pode ser facilmente alterado 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 fabricação de produtos em lotes. Os produtos são fabricados em lotes que variam de várias dezenas a vários milhares de unidades por vez.

Para cada novo lote, o equipamento de produção deve ser reprogramado para se adequar ao novo tipo de produto. Essa reprogramação requer tempo, com um período não produtivo seguido por 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 produto, ao invés de ter especialização de produto.

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

Automação flexível

Com este sistema é fornecido um equipamento de controle automático, o que proporciona grande flexibilidade para fazer 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 tempo de produção perdido, o que é caro.

Na automação flexível, a reprogramação é feita de forma rápida e automática em um terminal de computador, sem a necessidade de utilizar o equipamento de produção como tal.

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

Conseqüentemente, não é necessário agrupar os produtos em lotes. Uma mistura de diferentes produtos pode ser produzida um após o outro.

Formulários

Indústria 4.0

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

A Indústria 4.0 trabalha com a Internet das coisas industrial, que é a integração perfeita de vários objetos físicos na Internet, através de uma representação virtual, e com software / hardware para se conectar a fim de agregar melhorias aos processos de manufatura.

Ser capaz de criar uma fabricação mais inteligente, mais segura e mais 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 cobre muitas áreas de manufatura e continuará a fazê-lo com o passar do tempo.

Robótica industrial

A robótica industrial é um ramo da automação industrial que auxilia em diversos 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, excedendo em muito qualquer desempenho humano.

Esses sistemas foram revisados e aprimorados a ponto de um único robô funcionar 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. Estes utilizam um sistema de processamento que permite variar os controles de entrada e saída, por meio de uma programação simples.

Um PLC 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.

Os 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 o conhecimento básico de programação baseado em lógica é necessário para lidar com vibrações, altas temperaturas, umidade e ruído.

A maior vantagem que os PLCs oferecem é sua flexibilidade. Eles podem operar uma variedade de sistemas de controle diferentes. 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 era feita manualmente, apresentando uma taxa de erro de 1 a 1,6%. Atualmente, esta mesma tarefa é realizada em máquina automatizada, tendo uma taxa de erro de 0,0001%.

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

Automação na Audi

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

Entre os benefícios da automação na Audi estão uma produtividade muito maior e uma menor necessidade de trabalhadores não qualificados.

Os robôs usados na Audi não apenas cuidam do trabalho perigoso anteriormente executado por funcionários não treinados, mas também coletam uma riqueza de dados que podem ser analisados e usados para melhorar a operação da fábrica.

No entanto, ainda existem tarefas que os robôs não podem realizar e os humanos estão mais bem equipados para lidar.

Ao assumir as tarefas mais perigosas e melhorar a eficiência e produtividade dessas tarefas, a Audi pode atrair mais trabalhadores altamente qualificados e especializados para realizar 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 peças entre as estações.

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

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

Na operação normal da linha, uma peça é processada em cada estação, portanto, muitas peças são processadas simultaneamente, produzindo uma peça acabada a cada ciclo da linha.

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

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

Referências

Terry M. Brei (2018). O que é automação industrial? Sure Controls Inc. Retirado de: surecontrols.com.
Wikipedia, a enciclopédia livre (2018). Automação. Retirado de: en.wikipedia.org.
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