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Automação Industrial e Robótica Prof.ª Patricia Pedroso Estevam Ribeiro Automação Industrial 30/ 05/ 2014 1.

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1 Automação Industrial e Robótica Prof.ª Patricia Pedroso Estevam Ribeiro Automação Industrial 30/ 05/

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.. 2

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 maquinario industrial e processos industriais, reduzindo a necessidade de intervenção humana. 3 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. 4 Fig. 4 - Robôs de hoje numa linha de produção. Fig. 3 - Automação em todos os setores das fábricas – mecanização através das LINHAS DE MONTAGEM.

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. 5

6 Robótica Os robôs são chamados “humanóides” quando têm características semelhantes às humanas. 6 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. 7 Fig. 7 - Braço manipulador, um robô industrial (fixo). Fig. 8 - Emiew, um robô (móvel) humanóide da Hitashi.

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. 8

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. 9 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 atuais é do tipo de manipuladores industriais, 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. 10

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. 11 Fig 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. 12 Fig 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 (“Automated Guided Vehicle”), ou seja, veículo guiado automatizado. 13

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 (Automated Guided Vehicle) e LGV (Laser Guided Vehicle) 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. 14 Fig 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 LGVs podem navegar mais livres pois não dependem de fios nem faixas pintadas no chão. 15 Fig AGVs (Automated Guided Vehicles) fazendo o transporte de materiais na indústria.

16 16 AGVs e LGVs na indústria Fig LGVs (Laser Guided Vehicles) fazendo o transporte de materiais 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.

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

18 Máquinas CNC CNC são as iniciais de “Computer Numeric Control” 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. 18 Fig Máquinas CNC (Computer Numeric Control ou 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. 19 Fig Programas de CAD/CAM utilizados pelas máquinas CNC para produzirem peças de precisão.

20 20 Máquinas CNC Fig 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 21 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. 22 Fig 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. 23 Fig. 20 – Máquinas utilizadas na indústria para manufatura automatizada de gelados.

24 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. 24 Automação e Robótica

25 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. 25 Automação e Robótica

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. 26

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 Robôs na indústria automóvel.

28 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. 28 Benefícios da Automação e da Robótica

29 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. 29 Benefícios da Automação e da Robótica

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

31 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. 31 Benefícios da Automação e da Robótica

32 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). 32 Benefícios da Automação e da Robótica Fig Robô e máquinas automatizadas fazendo inspeção de um produto com ajuda do computador. Fig Robôs e máquinas automatizadas fazendo inspeção de produtos. Um controle rigoroso que elimina as peças defeituosas com mais precisão que os humanos.

33 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. 33 Benefícios da Automação e da Robótica

34 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. 34 Benefícios da Automação e da Robótica Fig Produtos (alimentos) manufaturados com ajuda de robôs e máquinas automatizadas.

35 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. 35 Benefícios da Automação e da Robótica

36 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. 36 Benefícios da Automação e da Robótica Fig Robôs para funcionarem ininterruptamente precisam de ter manutenção permanente. Fig Técnicos fazendo a programação e a manutenção de robôs.

37 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. 37 Benefícios da Automação e da Robótica

38 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. 38 Fig Robôs sendo desenvolvidos em laboratório. Os engenheiros projetam a cinemática, a dinâmica, o planejamento dos movimentos e a visão robótica. Benefícios da Automação e da Robótica

39 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. 39 Benefícios da Automação e da Robótica


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