Automação Industrial e Robótica

1. Automação Industrial • Automação Industrial e Robótica Prof.ª Patricia Pedroso Estevam Ribeiro Email: patriciapedrosoestevam@hotmail.com 30/ 05/ 2014

2. Automação • Através dos séculos o homem tem buscado novas formas de melhorar os seus processos produtivos. • A partir da segunda metade do século XX a tecnologia se desenvolveu e permitiu automatizar estes processos. • No desenvolvimento da industrialização, primeiramente veio a “mecanização”, que era o uso de ferramentas e maquinaria para auxiliar o homem nas tarefas industriais..

3. Automação • A “automação” é um passo que veio após a “mecanização”. • Automação é o uso de “controle de sistemas”, “comando numérico (CNC)”, “controladores lógicos programáveis (PLC)”, “informática (CAD, CAM, CAx)” para controlar maquinarioindustrial e processos industriais, reduzindo a necessidade de intervenção humana. Fig. - Uma linha de montagem de máquinas de lavar.

4. Robótica • Levou cerca de 40 anos para os robôs estarem presentes em força nos processos industriais. • Estes avanços foram obtidos em parte graças aos grandes investimentos das empresas automobilísticas. Fig. 3 - Automação em todos os setores das fábricas – mecanização através das LINHAS DE MONTAGEM. Fig. 4 - Robôs de hoje numa linha de produção.

5. Robótica • Há uma grande variedade de robôs e cada robô pode ter diferentes funções programadas. • Mas nos dias de hoje os robôs não são usados apenas na indústria. Há uma série de aplicações de robôs. • Existem robôs: • na indústria; • de uso doméstico; • de ajuda médica, em hospitais; • para trabalhos perigosos ou em zonas de risco como: • para desmontar bombas; • entrarem em locais radioactivos; • salvar pessoas em incêndios, terramotos e outras catástrofes; • para irem no fundo do mar; • etc.

6. Robótica • Os robôs são chamados “humanóides” quando têm características semelhantes às humanas. Na Fig. 6 aparecem dois robôs humanóides japoneses, um que se movimenta com rolamentos (à esquerda) e outro bípede (à direita).

7. Robótica • A diversidade de tipos de robôs que existem impedem que haja uma definição de robô que seja universalmente aceite. Fig. 8 - Emiew, um robô (móvel) humanóide da Hitashi. Fig. 7 - Braço manipulador, um robô industrial (fixo).

8. Robótica • De acordo com a Robotics Industries Association (ou seja, Associação das Indústrias de Robótica)temos a seguinte definição de robô que é mais objetiva: • Um robô é um dispositivo mecânico articulador reprogramavel, que consegue, de forma autônoma sua capacidade de processamento: • obter informação do meio envolvente utilizando sensores; • tomar decisões sobre o que deve fazer com base nessa informação; • manipular objetos do meio envolvente utilizando atuadores.

9. Os manipuladores e os robôs móveis na indústria • Os robôs atuais ainda estão muito longe de serem estes andróides retratados nas películas de cinema. Fig. 9 - Manipuladores (com braços e mãos), robôs do tipo que é usado na indústria.

10. Os manipuladores e os robôs móveis na indústria • Os robôs manipuladores atuais são máquinas automatizadas muito sofisticadas que realizam trabalhos produtivos especializados. • A grande maioria (cerca de 90%) dos robôs atuaisé do tipo de manipuladoresindustriais, isto é, ‘braços’ e ‘mãos’ controlados por computador. • Esses manipuladores têm uma base fixa e portanto movem os seus braços e mãos mas não saem do seu lugar. • Metade dos manipuladores que existem no mundo é usada na indústria automóvel.

11. Os manipuladores e os robôs móveis na indústria • Máquinas automatizadas e robôs na indústria não apenas desempenham tarefas na linha de produção, mas acima de tudo eles manipulam produtos entre uma tarefa e outra. • Numa linha de produção, muitas vezes os robôs colocam os materiais nas posições para serem trabalhados (aparafusados, soldados, pintados, etc.) e depois retiram-nos para poder entrar o próximo. Fig. 10 - Robôs posicionando materiais nas posições para serem trabalhados

12. Os manipuladores e os robôs móveis na indústria • Outro exemplo: na indústria de alimentos, os robôs e máquinas automatizadas (como esteiras rolantes por exemplo) colocam alimentos no forno, tiram do forno, ou simplesmente fazem passar pelo forno, entrando num lado e saindo no outro. • Portanto, o manuseio (ou o manuseamento) dos produtos é uma das tarefas mais executadas na automação industrial, seja por robôs manipuladores) ou por outras máquinas automatizadas. Fig. 11 - Robôs fazendo o manuseamento dos materiais.

13. Os manipuladores e os robôs móveis na indústria • Outro detalhe: nem todos os robôs industriais são fixos. Na indústria há também robôs que se movem. • Eles são usados no transporte e no armazenamento interno dos materiais dentro da fábrica. • Um tipo comum de robô móvel é, por exemplo, o AGV (“AutomatedGuidedVehicle”), ou seja, veículo guiado automatizado.

14. AGVs e LGVs na indústria • A movimentação ou o transporte e o armazenamento de materiais dentro da própria indústria é uma outra tarefa muito necessária no ambiente industrial. • AGV (AutomatedGuidedVehicle) e LGV (Laser GuidedVehicle) são robôs móveis que fazem o transporte automático de materiais em fábricas. • Ao contrário dos manipuladores que têm base fixa, os AGVs e os LGVs se deslocam sob rodas movendo-se pelo ambiente de trabalho. Fig. 12 - Um AGV, robô móvel do tipo que é usado na indústria para o transporte e armazenamento de materiais internamente.

15. AGVs e LGVs na indústria • Os AGVs seguem um conjunto de trajetórias definidas no pavimento que podem estar marcadas através de um fio condutor enterrado no chão ou faixas coloridas pintadas no chão. • Por outro lado os LGVspodem navegar mais livres pois não dependem de fios nem faixas pintadas no chão. Fig. 13 - AGVs (AutomatedGuidedVehicles) fazendo o transporte de materiais na indústria.

16. AGVs e LGVs na indústria • Os Robôs móveis como AGVs e LGVs têm que possuir uma visão artificial através de sensores (de visão e de distância). • Além disso eles estão programados para funcionar autonomamente, como por exemplo: em muitos casos os AGVs e LGVs podem tomar decisões de como: parar se encontrar algum obstáculo no caminho, ou mesmo contornar o obstáculo. Fig. 14 - LGVs (Laser GuidedVehicles) fazendo o transporte de materiais na indústria.

17. AGVs e LGVs na indústria Fig. 15 - Um LGV (Laser Guided Vehicle) e um AGV (Automated Guided Vehicles) fazendo o transporte de materiais na indústria.

18. Máquinas CNC • CNCsão as iniciais de “ComputerNumericControl” ou, em português, “Controle Numérico Computorizado”. • Uma máquina CNC faz uso de técnicas de comando numérico e são consideradas parte da Robótica e da Automação Industrial. Fig. 16 - Máquinas CNC (ComputerNumericControlou Controle Numérico Computorizado) na indústria.

19. Máquinas CNC • A máquina CNC foi desenvolvida na década de 1940 e é um controlador numérico que permite o controle de máquinas. • Com as máquinas CNC pode-se fazer o controle simultâneo de vários eixos. Ou seja, torno e fresa comandados pelo computador. Fig. 17 - Programas de CAD/CAM utilizados pelas máquinas CNC para produzirem peças de precisão.

20. Máquinas CNC Fig. 18 - O fabrico de peças com precisão, desde um simples parafuso até o um motor completo, é com o auxílio de programas de CAD/CAM que são utilizados nas máquinas CNC.

21. Máquinas CNC • A utilização de máquinas CNC permite a produção de peças complexas com grande precisão, especialmente quando associado a programas de CAD/CAM. • A introdução de máquinas CNC na indústria mudou radicalmente os processos industriais. • Com as máquinas CNC curvas são facilmente cortadas, complexas estruturas com 3 dimensões tornam-se relativamente fáceis de produzir e o número de passos no processo com intervenção de operadores humanos é drasticamente reduzido. • A máquina CNC reduziu também o número de erros humanos (o que aumenta a qualidade dos produtos e diminui o desperdício).

22. Máquinas CNC • A máquina CNC agilizou as linhas de montagens e tornou-as mais flexíveis, pois a mesma linha de montagens pode agora ser adaptada para produzir outro produto num tempo muito mais curto do que com os processos tradicionais de produção. Fig. 19 - O design objetos, peças, máquinas, motores e até mesmo de automóveis e aviões hoje são feitos em computador com o auxílio dos programas de CAD/CAM que são utilizados nas máquinas CNC.

23. Automação e Robótica • A “Automação” e a “Robótica” são áreas novas na tecnologia moderna. • Ou também pode-se dizer que, a “Automação” e a “Robótica” são ciências multidisciplinares que reúnem várias áreas científicas. Fig. 20 – Máquinas utilizadas na indústria para manufatura automatizada de gelados.

24. Automação e Robótica • Para projetar uma máquina automatizada, assim como para fazer um robô, os engenheiros têm que dominar técnicas de diversos ramos da ciência desde: • a Matemática; e • a Física; • a Economia (pois lida com produção); • até áreas da Engenharia como: • a Mecânica; • a Eletrônica; • a Teoria do Controlo de Sistemas; • a Automação Industrial; • a Visão Artificial por Computador; • as Comunicações; • o Processamento de Sinais; • os Computadores; • a Energia; • e muito mais.

25. Automação e Robótica • Portanto, os dispositivos que integram sistemas automatizados, assim como os robôs e todas as metodologias robóticas, estão cada vez mais presentes no nosso dia a dia. • Para essa disseminação de robôs que vemos hoje contribuíram decisivamente os avanços nas áreas: • dos computadores; • das comunicações.

26. Benefícios da Automação e da Robótica • Em muitas indústrias a introdução da automação e da robótica revolucionou a forma laboral. • Com o robô industrial, um mesmo equipamento pode ter muitas funções e substituir vários equipamentos distintos. • Deixou de haver muitos trabalhos: • pesados; • desagradáveis, • monótonos; e • repetitivos; • com baixos salários e surgiram outros trabalhos como o • de supervisão; • de programação; ou • de manutenção; • de robôs e todas as outras máquinas automatizadas. • Ou seja, tarefas que são mais bem remuneradas.

27. Benefícios da Automação e da Robótica • Os robôs e as máquinas automatizadas: • não recebem salários; • não comem; • não bebem; • não têm que ir à casa de banho; • como os humanos... Fig. 21 - Robôs na indústria automóvel.

28. Benefícios da Automação e da Robótica • Eles fazem aquele trabalho repetitivo que seria extremamente enfadonho para nós, • sem parar, • sem diminuir o ritmo, • sem sentir sono • como os humanos. Além disso, quando executam uma tarefa os robôs e as máquinas automatizadas frequentemente fazem-na: • mais rápidos; e • mais eficazes • que os humanos.

29. Benefícios da Automação e da Robótica • Algumas características dos robôs manipuladores industriais e das máquinas automatizadas em geral podem ser resumidos abaixo: • podem trabalhar 24 horas por dia sem descanso nem pausas; • não perdem a concentração. A qualidade do seu trabalho é a • mesma ao fim do dia como no início; • libertam-nos do trabalho repetitivo; • são mais seguros que o próprio homem em muitos trabalhos de rotina; • são mais rápidos e mais eficientes que o homem na maior partes dos trabalhos; • raramente cometem erros; • podem trabalhar em locais onde: • há risco de contaminação; • há risco para a saúde; • há perigo de vida; • são de difícil acesso; • são impossíveis para o homem.

30. Benefícios da Automação e da Robótica Fig. 22 - Robôs na indústria fazendo soldagem. Mais precisos que o homem e poupando os riscos para saúde.

31. Benefícios da Automação e da Robótica • Alguns dos benefícios gerados, por exemplo, pelos robôs manipuladores industriais e as máquinas automatizadas na produção são: • Redução de custos; • Ganhos de produtividade; • Aumento de competitividade; • Controle eficaz de processos; • Controle de qualidade mais eficiente. • A robótica também permite uma inspeção dos produtos manufaturados que em alguns casos chegam a 100% dos mesmos.

32. Benefícios da Automação e da Robótica • Isso significa um “controle de qualidade” que é feito não com apenas uma amostra dos produtos manufaturados, mas sim com todos. • Ou seja, nestes casos todos os produtos defeituosos são eliminados, e muitas vezes com uma precisão bem maior que quando feito pelos seres humanos (quando envolve inspeções micrométricas por exemplo). Fig. 23 - Robô e máquinas automatizadas fazendo inspeção de um produto com ajuda do computador. Fig. 24 - Robôs e máquinas automatizadas fazendo inspeção de produtos. Um controle rigoroso que elimina as peças defeituosas com mais precisão que os humanos.

33. Benefícios da Automação e da Robótica • Alguns exemplos da importância da inspeção dos produtos manufaturados: • na indústria farmacêutica é necessário verificar se os medicamentos são empacotados com os folhetos informativos (que acompanham os remédios) corretamente inseridos sem haver enganos ou trocas entre medicamentos diferentes; • na indústria alimentícia é necessário verificar se os alimentos são empacotados com a data de validade corretamente escrita na embalagem, ou com a quantidade certa dentro da embalagem; • etc.

34. Benefícios da Automação e da Robótica • Com isso reduz-se o retorno dos produtos com defeitos pelo mercado consumidor e temos produtos mais seguros e livres de defeitos para a Sociedade. Fig. 25 - Produtos (alimentos) manufaturados com ajuda de robôs e máquinas automatizadas.

35. Benefícios da Automação e da Robótica • Antes de chegarem às prateleiras das lojas os produtos manufaturados já passaram por inspeção, embalagem, etiquetagem, empacotamento, distribuição, etc., com ajuda de robôs e processos de automação. • os robôs e as máquinas automatizadas também geram “postos de trabalho”, em outros níveis. Por exemplo: • construtores de robôs; • técnicos de manutenção; • programadores; • supervisores.

36. Benefícios da Automação e da Robótica • Robôs e máquinas automatizadas precisam ser projetados e construídos. Logo, as fábricas de robôs e máquinas automatizadas empregam muitos engenheiros e funcionários para os criarem e os construírem. Fig. 26 - Robôs para funcionarem ininterruptamente precisam de ter manutenção permanente. Fig. 27 - Técnicos fazendo a programação e a manutenção de robôs.

37. Benefícios da Automação e da Robótica • Robôs e máquinas automatizadas para funcionarem ininterruptamente precisam de ter manutenção regular. Assim como o nosso automóvel, os robôs e as máquinas automatizadas precisam trocar óleo, de revisões periódicas, etc. Logo, onde há robôs e máquinas automatizadas também há técnicos de manutenção para cuidarem disso. • Robôs e máquinas automatizadas para executarem as tarefas que são necessárias precisam ser programados. Técnicos que estejam preparados para trabalhar com softwares que os robôs e as máquinas automatizadas trabalham. Logo, onde há robôs e máquinas automatizadas também é necessário que haja técnicos que os programem.

38. Benefícios da Automação e da Robótica • O trabalho dos robôs e das máquinas automatizadas precisa ser observado e supervisionado. Logo, onde há robôs e máquinas automatizadas também é necessário que haja técnicos que façam a supervisão e o monitoramento para verificarem se as tarefas estão sendo executadas corretamente. Fig. 28 - Robôs sendo desenvolvidos em laboratório. Os engenheiros projetam a cinemática, a dinâmica, o planejamento dos movimentos e a visão robótica.

39. Benefícios da Automação e da Robótica • Portanto, os “postos de trabalho” gerados pelos robôs e pelas máquinas automatizadas não são daquele tipo de trabalhos monótonos que ele substitui, mas sim trabalhos de nível melhor, mais criativos. • Ou seja: • A sociedade deve estar preparada para se adequar a esta nova realidade que é: a robótica e a indústria automatizada. http://www.youtube.com/watch?v=e7iMJtDW6KM