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Automação Industrial e Robótica

Prof.ª Patricia Pedroso Estevam RibeiroEmail: patriciapedrosoestevam@hotmail.com

Automação Industrial

30/ 05/ 2014

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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..

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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.

Fig. - Uma linha de montagem de máquinas de lavar.

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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. 4 - Robôs de hoje numa linha de produção.

Fig. 3 - Automação em todos os setores das fábricas – mecanização através das LINHAS DE MONTAGEM.

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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.

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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).

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Robótica• A diversidade de tipos de robôs que existem

impedem que haja uma definição de robô que seja universalmente aceite.

Fig. 7 - Braço manipulador, um robô industrial (fixo).

Fig. 8 - Emiew, um robô (móvel) humanóide da Hitashi.

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

Fig. 12 - Um AGV, robô móvel do tipo que é usado na indústria para o transporte e armazenamento de materiais internamente.

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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.

Fig. 13 - AGVs (Automated Guided Vehicles) fazendo o transporte de materiais naindústria.

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AGVs e LGVs na indústria

Fig. 14 - 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.

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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.

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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.

Fig. 16 - Máquinas CNC (Computer Numeric Control ou Controle Numérico Computorizado) na indústria.

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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 produzirempeças de precisão.

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Máquinas CNC

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

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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).

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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 automóveise aviões hoje são feitos em computador com o auxílio dos programas de CAD/CAM que são utilizados nas máquinas CNC.

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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.

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• 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.

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• 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.

Automação e Robótica

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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.

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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.

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

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• 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 derotina;– são mais rápidos e mais eficientes que o homem na maior partesdos 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

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Benefícios da Automação e da Robótica

Fig. 22 - Robôs na indústria fazendo soldagem. Mais precisos que o homem epoupando os riscos para saúde.

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• 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.

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).

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Benefícios da Automação e da Robótica

Fig. 23 - Robô e máquinas automatizadas fazendo inspeção de um produto com ajudado 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.

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

Fig. 25 - Produtos (alimentos) manufaturados com ajuda de robôs e máquinasautomatizadas.

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

Fig. 26 - Robôs para funcionarem ininterruptamente precisam de ter manutenção permanente.

Fig. 27 - Técnicos fazendo a programação e a manutenção de robôs.

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

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• 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.

Benefícios da Automação e da Robótica

http://www.youtube.com/watch?v=e7iMJtDW6KM