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Processos avançados de fabrico na
engenharia mecânica
Os robôs nos processos de fabrico
Projeto FEUP 2017/2018 - MIEM:
Coordenador geral:
Prof. Armando de Sousa
Coordenador do Projeto FEUP/MIEM:
Prof. ª Teresa Duarte
Supervisor: Prof. Abílio de Jesus
Monitor: Bernardo Lopes
Equipa 1M08_3
Estudantes & Autores:
Adriano C. Conceição- [email protected]
Francisco L. Santos- [email protected]
Manuel A. Silva- [email protected]
Michael A. Gouveia- [email protected]
Rui M. Dias- [email protected]
Outubro de 2017
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 2
Resumo
Durante toda a história da indústria, houve sempre necessidade de evoluir nos
processos de fabrico de modo a que as empresas pudessem prosperar. Agora
estamos numa nova fase, em que os robôs estão a intervir cada vez mais nos
processos de fabrico. Neste relatório vamos abordar a nova revolução industrial
(Indústria 4.0) bem como toda a história das outras revoluções industriais, para
esclarecer a evolução que ocorreu até alcançarmos este novo paradigma de fabrico.
Aborda-se também o tema Machine Learning, as aplicações dos robôs na sociedade e
todas as questões éticas que se têm levantado acerca desta nova revolução industrial.
Este trabalho tem como objetivo chamar atenção das pessoas das mudanças que
ocorrerão num futuro próximo.
Pode-se desde já afirmar que, depois da análise deste trabalho consciencializa-
se de que se vive numa sociedade com métodos de trabalho diferente e que também
existe uma grande evolução nos robôs e que estes robôs estão a ser utilizados em
diferentes áreas da indústria.
Palavras-Chave
➢ Indústria
➢ Revolução
➢ Inovação
➢ Robôs
➢ Maquinagem
➢ Futuro
➢ Conetividade
➢ Automação
➢ Eficácia
➢ Capacidade de inovação.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 3
Agradecimentos
Para a realização deste projeto foi essencial o contributo de vários elementos.
Primeiramente, gostaríamos de agradecer ao monitor Bernardo Lopes e ao
supervisor Abílio de Jesus pelo tempo que dispensaram para nos orientar,
nomeadamente a ajuda no desenvolvimento de ideias e no aperfeiçoamento da
estrutura do trabalho, de modo a que o mesmo ficasse mais bem-sucedido.
Em segundo lugar, queríamos gratificar aos organizadores das palestras
realizadas na “Semana de Formação Intensiva”, que nos deram as bases para uma
boa estruturação de um relatório, powerpoint e póster, uma recolha de informação
eficaz bem como o seu uso apropriado, uma correta seleção de imagens, uma
apresentação clara das nossas ideias entre muitas outras dicas úteis.
Por último, fazemos questão de agradecer às entidades responsáveis pelo
Projeto FEUP, pois com a realização deste trabalho aprendemos a importância de
cooperar em equipa, assim como a importância de uma boa organização e gestão de
tempo num trabalho em equipa.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 4
Índice
Lista de figuras 5
Lista de acrónimos 5
1.Introdução 6
2. Evolução da indústria 7
2.1. 1º Revolução industrial 7
2.2. 2ª Revolução Industrial 8
2.3. 3ª Revolução Industrial 9
2.4. Indústria 4.0 10
2.4.1. Vantagens da Indústria 4.0 11
2.4.2 Desvantagens da Indústria 4.0 12
2.4.3. Futuro da Indústria 4.0 13
3. Machine Learning 16
3.1. Principais tipos de machine learning 16
3.2. Principais consequências 17
4. Aplicações robóticas 18
4.1. Casos específicos 18
4.1.1. Agricultura 18
4.1.2 Segurança 19
4.1.3 Medicina 20
4.1.4. Indústria 20
4.2 Vantagens 21
4.3. Desvantagens 21
4.4. Robótica Industrial 22
4.5 Aplicações robóticas em processos industriais 22
4.5.1. Soldadura por resistência por ponto 23
4.5.2. Soldadura por arco elétrico 24
4.5.3. Montagem 25
4.5.4. Corte 25
4.5.5. Manuseamento de materiais 26
5. Reflexões éticas 27
6. Conclusão 28
Referências bibliográficas 29
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 5
Lista de figuras
Figura 1-Estimativa do número de robôs vendidos nos anos 2007-2016 (em milhares
de unidades) [2] ............................................................................................................ 6
Figura 2- Revoluções Industriais [3] .............................................................................. 7
Figura 3- Veículo sobre carris movido a vapor [7] ......................................................... 8
Figura 4- Linha de montagem de Henry Ford [10] ......................................................... 9
Figura 5- Linha de montagem onde vigora o Toyotismo [14] ......................................... 9
Figura 6- Atual Primeiro Ministro discursa sobre a Industria 4.0 [54] ........................... 10
Figura 7- Termos associados à Indústria 4.0 [15] ....................................................... 11
Figura 8- Vantagens da Indústria 4.0 [20] ................................................................... 12
Figura 9- Carros autoconduzidos em 2020? [22] ........................................................ 14
Figura 10- Benefícios num intervalo de 5 anos para as empresas nacionais (em
percentagem) [15] ....................................................................................................... 15
Figura 11- Áreas abrangidas pelo machine learning [25] ............................................ 17
Figura 12- Diversas aplicações robóticas [28] ............................................................. 18
Figura 13- Robô agrícola [29] ..................................................................................... 19
Figura 14- Robocop [29] ............................................................................................. 19
Figura 15- Exemplo de um ''robô cirurgião'' [32] .......................................................... 20
Figura 16- Fábrica da Adidas- produzir sapatilhas com robôs [35] .............................. 21
Figura 17- Estimativa anual das indústrias que utilizam robôs entre 2014 e 2016 [38] 22
Figura 18- Funções dos robôs da Europa na indústria [39] ......................................... 23
Figura 19- Robô de Soldadura por ponto [40] ............................................................. 23
Figura 20- Robôs de soldadura por ponto em ação [41] ............................................. 24
Figura 21- Máquina de soldar por arco elétrico [43] .................................................... 24
Figura 22- Robô de soldadura por arco [44] ................................................................ 24
Figura 23- Montagem de carros feita por robôs [47] ................................................... 25
Figura 24- Robô de montagem [46] ............................................................................ 25
Figura 25- Robô de corte [48] ..................................................................................... 26
Figura 26- Montagem de carros feita por robôs [47] ................................................... 26
Lista de acrónimos
MES- Manufacturing Execution Systems (i.e. Sistemas de Execução de Fabrico)
IT- Internet Technologies (i.e. Tecnologias da Internet)
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 6
1.Introdução
A robótica é um ramo da engenharia em estado de desenvolvimento que tem por
objetivo desenvolver meios mecânicos de forma a que algumas atividades do
quotidiano sejam concretizadas por uma máquina programada para tal. Como é
possível visualizar pela figura 1, nos últimos anos tem havido um aumento de robôs
vendidos em todo o mundo, o que remete para o constante desenvolvimento desta
área e a necessidade de ter em conta o impacto que este desenvolvimento tem na
sociedade. Para além disso, é possível verificar que há um maior número de robôs
vendidos na Ásia/ Austrália, e que na Europa e na América esta área não está a ser
dada muita prioridade.
Assim, devemos realçar o papel que os robôs têm nesse desenvolvimento, que
ao longo do tempo estão a realizar atividades quer de baixo grau de dificuldade até
algumas em que é necessário muito rigor. Apesar dos robôs não conseguirem
substituir os humanos em certas funções, há a necessidade de continuar a
desenvolver técnicas para que o trabalho realizado por estes tenha cada vez menos
erros e seja menos provável a ocorrência de algum.
Por isso, segundo alguns especialistas estamos perante uma quarta revolução
industrial. Esta revolução retrata não só a mecanização de processos de fabrico como
também a conetividade entre os processos e entre os robôs. Assim, será enunciada
uma análise mais aprofundada sobre este termo aparentemente abstrato, que, no
entanto, já é implementado em empresas multinacionais [1].
Figura 1-Estimativa do número de robôs vendidos nos anos 2007-2016 (em milhares de unidades) [2]
Inicia-se este relatório com a temática da evolução da indústria, progredindo até
ao subtema do futuro da Indústria 4.0. Posteriormente, menciona-se o tópico do
machine learning, que precede o assunto das aplicações robóticas e as reflexões
éticas relativamente a esta fase tecnológica.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 7
2. Evolução da indústria
O desenvolvimento da tecnologia até aos dias de hoje tem sido desafiante e é
descrito nesta secção, todavia é delineado similarmente na figura 2.
Figura 2- Revoluções Industriais [3]
2.1. 1º Revolução industrial
A Primeira Revolução Industrial ocorreu na Inglaterra, no século XVIII,
nomeadamente entre os anos 1780-1830. Esta revolução aconteceu devido a diversos
fatores, tais como: a Inglaterra ser um país muito populoso, ter várias colónias, sendo
assim país com muitas possibilidades financeiras. O facto da burguesia inglesa investir
em novos negócio, mas também devido à riqueza deste país em matérias-primas e
energéticas, como por exemplo, em ferro e carvão, favoreceram a revolução industrial.
Como todas as revoluções industriais algo de muito extraordinário aconteceu
para que a forma de trabalhar fosse alterada; neste caso foi a invenção da máquina a
vapor que propulsionou a invenção da locomotiva e o barco a vapor, que ajudaram na
exportação dos produtos mais rapidamente. Por causa da exigência de muita mão de
obra para percorrer, por exemplo, milhares de quilómetros de linhas de comboios,
houve consequentemente um êxodo rural. Apesar dos lucros das empresas
aumentarem, a qualidade de vida da classe mais baixa era miserável, ao contrário da
classe mais alta que se encontrava repleta de ter regalias. O primeiro sector industrial
a usufruir desta evolução foi o têxtil, mas rapidamente espalhou-se pelas outras
indústrias [4] [5] [6].
Produção em massa, linha de montagem,
eletricidade
Internet das coisas, Computação na
nuvem
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 8
Figura SEQ Figura \* ARABIC 3- Figura 3 Linha de montagem de Henry Ford (Fordismo)
Figura - Veículos sobre carris movido pela locomotiva
A figura 3 ilustra uma das primeiras máquinas a vapor. Esta máquina foi muito
importante para a primeira revolução industrial pois permitia o transporte das
mercadorias mais rapidamente e de forma mais segura.
2.2. 2ª Revolução Industrial
Entre 1870 e 1914 nos Estados Unidos da América deu-se origem à 2ª
Revolução Industrial.
Após do sucesso da primeira revolução industrial, os capitalistas começaram a
investir o seu dinheiro no desenvolvimento e na descoberta de equipamento técnicos
que lograssem aumentar a produtividade.
As principais descobertas que vieram revolucionar o mundo foi a do gás e do
petróleo, a produção do aço e do alumínio e igualmente a invenção do telégrafo. Estas
descobertas vieram revolucionar o mundo permitindo, por exemplo, o desenvolvimento
do primeiro motor de combustão a utilizar o petróleo, o que viabilizou a criação dos
primeiros automóveis e máquinas de produção mais avançadas
Neste período também se deu o início ao Fordismo. Este termo foi criado
por Henry Ford, em 1914, revolucionando os métodos de produção dado que se
baseava na organização dos trabalhadores por linhas de montagem (ver figura 4).
Este método de trabalho é caraterizado por ser fragmentado, rotineiro, intenso e
hierarquizado [8] [9].
Figura 3- Veículo sobre carris movido a vapor [7]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 9
Figura 4- Linha de montagem de Henry Ford [10]
2.3. 3ª Revolução Industrial
Posteriormente ao fim da segunda guerra mundial, sucede-se a Terceira
Revolução Industrial, devido novamente, às recentes inovações nas mais diversas
áreas. A descoberta da energia nuclear permitiu um maior gasto de energia com uma
menor despesa. O computador, o desenvolvimento de softwares permitiu um maior
armazenamento e processamento de dados; mais tarde a invenção da internet
revolucionou o mundo das empresas dado que, assim, qualquer individuo pode
contactar a empresa contratante a milhares de quilómetros de distância. A internet
dispõe a informação à distância de um clique, o que facilita as comunicações.
A 3º revolução industrial utiliza o Toyotismo, representada na figura 5, ou seja,
um método de trabalho desenvolvido pela empresa Toyota, no qual todos os
trabalhadores são especializados na área onde trabalham, podendo assim resolver
uma emergência sem pausar as linhas de produção. O capitalismo tornou-se mais
presente, desenvolveu-se a globalização, possibilitando às corporações trabalharem à
escala global e poder fabricar um produto cujas as peças sejam produzidas muito
longe do local de montagem final [11] [12] [13] [34].
Figura 5- Linha de montagem onde vigora o Toyotismo [14]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 10
2.4. Indústria 4.0
A Indústria 4.0 surge como designação para a quarta revolução industrial,
focada na digitalização de processos e integração de sistemas, aplicada à indústria
tradicional, com os vários parceiros da cadeia de valor. Atualmente, as principais
empresas industriais vivem uma profunda transformação digital, envolvendo vários
conceitos ilustrados na figura 6. As empresas estão a digitalizar algumas das suas
funções internas essenciais, bem como, externas, com os seus parceiros de
negociação. Adicionalmente, estão a melhorar os seus portfólios de produtos com
funcionalidades digitais e serviços inovadores de bases de dados [15].
Neste conceito inovador, a informação proveniente de todo o lado é usada
para automatizar, integrar e rejuvenescer o panorama de fabrico praticado
atualmente (ver figura 7). As futuras aplicações nos Manufacturing Execution
Systems (MES) podem basear-se parcial ou até mesmo totalmente no serviço de
cloud, que proporcionará aos MES utilizarem plataformas que permitam análise
avançada, como por exemplo o Hadoop. O Hadoop é uma plataforma
de software em Java de computação distribuída voltada para computadores que
trabalham em conjunto e processamento de grandes massas de dados (Big Data)
[16].
Figura 6- Atual Primeiro Ministro discursa sobre a Industria 4.0 [54]
A Indústria 4.0, sendo um tema cada vez mais importante na sociedade atual,
está a ser abordado e considerado por identidades de renome nacional. Prova
disso, foi o facto do atual primeiro ministro (ver figura 6) ter discursado acerca da
Indústria 4.0, divulgando a todo o país o estado de desenvolvimento da indústria, e
expressando a sua opinião sobre o assunto [54].
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 11
Figura 7- Termos associados à Indústria 4.0 [15]
Este conceito é já uma “banalidade” do quotidiano de algumas empresas, como
por exempro o Grupo Volkswagen. É aplicada: a tecnologia das impressões 3D, na
conceção de peças; a cooperação entre o trabalhador e o robô, na facilitação de
tarefas monótonas; por último, os sistemas informáticos gerem uma enorme
quantidade de informação. Por exemplo, a gestão de dados que permitem o controlo
de 200 fornecedores de peças, possibilitando a construção de vários automóveis
personalizados ao mesmo tempo [17] [18] [53].
2.4.1. Vantagens da Indústria 4.0
As principais vantagens desta nova era da indústria assentam,
fundamentalmente, na facilitação do trabalho laboral e no aceleramento da fabricação
de produtos (ver figura 8).
A quarta revolução deverá permitir criar redes digitais e ecossistemas que, em
muitos casos, terão impactos à escala global, podendo ser distintos em cada região,
que, no entanto, promovem a globalização. [15] Este conceito está aliado à evidente
evolução a nível de inovação, qualidade, eficiência e produtividade, e,
Computação na Cloud
Realidade aumentada e wereables
Plataformas de IoT (Internet das coisas)
Tecnologias de localização geográfica
Interfaces avançadas de interação humana
Impressão 3D Sensores inteligentes
Análise Big Data e algoritmos avançados
Interação em várias plataformas e análise de perfis de Clientes
Autenticação e deteção de fraudes
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 12
surpreendentemente, congrega-se com a redução de custos mesmo nas altas
misturas e na conceção em massa de produtos personalizados. Conceitos pioneiros
combinados com o aumento da automação diminuem o custo de produção para
fabricantes por anos [16].
Outro notável ponto positivo é a digitalização e automatização de processos para
uma utilização mais inteligente dos recursos humanos e de maior velocidade nas
operações, tomando como exemplo o lançamento de novos produtos, a
implementação de serviços e soluções digitais.
A visibilidade, em tempo real, da variância dos processos e produtos, da
qualidade do produto, realidade aumentada e otimização através da análise de dados,
criando assim as condições ideais para o aumento da quota de mercado, é igualmente
bastante favorável.
A integração vertical de sensores, através de MES para a produção em tempo
real, procurando a otimização da utilização da máquina e a redução dos tempos de
produção complementa-se com a integração horizontal, bem como track-and-trace de
produtos para melhorar o desempenho do inventário e reduzir a logística necessária.
A oferta de Big-Data e análise como um serviço é um ponto de partida para
aprofundar relações digitais com clientes mais interventivos, auferindo assim maior
satisfação por parte do consumidor [15].
Esta nova fase da indústria proporciona o avanço da pesquisa científica em
inúmeros campos, tais como a segurança das IT e irá desafiar a educação a instruir e
habilitar os futuros trabalhadores qualificados para a Indústria 4.0 [19].
Figura 8- Vantagens da Indústria 4.0 [20]
2.4.2 Desvantagens da Indústria 4.0
Não obstante, os inúmeros benefícios que esta “revolução” tem para oferecer,
apresenta algumas desvantagens. Um dos aspetos mais desafiantes da
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 13
implementação da Indústria 4.0, é talvez o risco de segurança de IT. Esta integração
online abre espaço a falhas de segurança e perda de dados. O Cyber roubo deve ser
identicamente posto em consideração. Neste caso, o problema não é individual, mas
pode, e provavelmente, irá custar dinheiro ao produtor e até mesmo prejudicar sua
reputação. Portanto, a pesquisa em segurança é crucial.
A transformação numa Indústria 4.0 é um procedimento que exigirá um
investimento numa nova tecnologia de avultados custos. Pelo que esta decisão terá
que ser no nível de CEO (Chief Executive Officer), mesmo assim, os riscos devem ser
calculados seriamente. Além disso, essa transformação exigirá um enorme capital,
que aliena empresas menores e pode custar-lhes a sua quota de mercado no futuro.
Dentro de uma indústria tão interconectada, os produtores precisam de coletar
e analisar dados, o que para os clientes pode aparentar uma ameaça à sua
privacidade. Também as pequenas ou grandes empresas que não compartilhavam os
seus dados no passado terão que progredir de maneira a gerar um ambiente mais
transparente. Colocar o fosso entre o consumidor e o produtor será um grande desafio
para ambas as partes.
Embora ainda seja cedo para especular sobre as condições de emprego com a
introdução da Indústria 4.0 globalmente, é seguro dizer que os trabalhadores terão de
adquirir um conjunto de capacidades diferentes ou totalmente novas. Isso pode ajudar
a aumentar as taxas de emprego, mas também alienar um grande setor de
trabalhadores. O setor de trabalhadores cujo trabalho talvez seja repetitivo enfrentará
um desafio para se manter na indústria. Com a introdução desta revolução industrial
devem também ser introduzidas e renovadas as formas de educação. Porém isso não
resolve o problema para os trabalhadores mais antigos. Este é um dilema que pode
tardar para solucionar [19] [21].
2.4.3. Futuro da Indústria 4.0
O emprego continua a ser uma das vertentes mais misteriosas da nova
revolução industrial, porque esta transformação na indústria torna mais difícil
quantificar ou estimar as taxas de emprego.
A Indústria 4.0 pode ser o pico do avanço tecnológico na fabricação, mas ainda
parece que as máquinas estão a tomar controlo da indústria. Consequentemente, é
importante analisar esta abordagem, a fim de tirar conclusões sobre a demografia do
trabalho no futuro. Isso ajudará os trabalhadores de hoje a prepararem-se para um
futuro próximo.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 14
Toda a base da nova indústria depende dos dispositivos inteligentes (produção
assistida por robôs) que possam interagir com o ambiente envolvente. Isso significa
que os trabalhadores que ajudam na produção (como a embalagem) serão demitidos e
substituídos por dispositivos inteligentes equipados com câmaras, sensores e
atuadores capazes de identificar o produto e, em seguida, concluir as mudanças
necessárias para o mesmo. Consequentemente, o emprego desses trabalhadores irá
cair e será substituído por "coordenadores de robôs".
No domínio do controlo de qualidade controlado por grandes dados, em termos
de engenharia, tenciona-se reduzir a inevitável variação entre produtos. O controlo da
qualidade depende em grande parte de métodos estatísticos, para mostrar se uma
característica específica de um produto (como tamanho ou massa) está alterada de
forma que possa ser considerada um padrão. No entanto, uma vez que a Indústria 4.0
dependerá de dados importantes para isso, a necessidade de trabalhadores de
controlo da qualidade diminuirá. Por outro lado, a procura por cientistas notáveis em
gestão de dados aumentará.
Um dos principais focos de otimização é o transporte. No entanto, com veículos
autoconduzidos (ver figura 9), e com a ajuda da análise Big Data, muitos condutores
serão demitidos. Além disso, dispor de veículos (de logística) autoconduzidos permite
horas de trabalho sem restrições e maior utilidade.
Figura 9- Carros autoconduzidos em 2020? [22]
Embora a necessidade de otimização para o transporte diminua, a necessidade
de engenheiros industriais (que normalmente trabalham em otimização e simulação)
para simular linhas de produção aumentará. Possuir a tecnologia para simular linhas
de produção antes do seu estabelecimento, abrirá empregos para engenheiros
mecânicos especializados no campo industrial.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 15
Com a aquisição destes novos dispositivos inteligentes, os fabricantes poderão
prever as futuras falhas. As máquinas inteligentes também poderão manter-se
independentemente (manutenção preditiva). Por conseguinte, o número de técnicos de
manutenção tradicionais vai diminuir, e eles serão substituídos por técnicos mais
informados.
A nova indústria permitirá que os fabricantes vendam uma máquina como um
serviço. Isso significa que, em vez de vender toda a máquina ao cliente, a máquina
será configurada e mantida pelo fabricante, enquanto o cliente aproveita os serviços
que ela fornece. Isso abrirá empregos em manutenção e exigirá uma expansão nas
vendas. Dada a natureza deste setor, este irá introduzir novos empregos na análise
em Big-Data, especialistas em robótica e uma grande parte dos engenheiros
mecânicos [19].
Figura 10- Benefícios num intervalo de 5 anos para as empresas nacionais (em percentagem) [15]
A figura 10 resulta duma pesquisa da PwC, na qual se estima (em percentagem)
os benefícios monetários para as empresas nacionais inquiridas nos próximos 5 anos,
fomentados pela Indústria 4.0. Desta figura conclui-se, por exemplo, que 57% das
empresas nacionais do setor esperam um aumento médio da sua receita através do
digital até 10%, 55% têm como expectativa uma redução de custos acima dos 10% e
cerca de 70% esperam obter ganhos de eficiência acima dos 10%.
30
62
8
45
46
9
57
37
6
0 10 20 30 40 50 60 70
ATÉ 10 %
11% - 30%
MAIS DE 30 %
Que benefícios espera obter da digitalização nos próximos 5 anos?
Receita adicional Redução de custos Ganhos na EficiênciaEsp
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Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 16
3. Machine Learning
O machine learning é um conjunto de regras que se baseiam na programação de
máquinas e computadores que permite que posteriormente, essas máquinas ou
computadores consigam tomar decisões inteligentes e prever resultados eficazes,
alargando assim o seu espetro de ação (ver figura 10). Este processo serve como um
auxílio para o ser humano na medida em que a inteligência das máquinas pode, por
exemplo, decifrar códigos de cofres, adivinhar os nossos filmes preferidos, entre
outras coisas úteis no nosso quotidiano, com base em análise de dados nos quais se
pode encontrar uma certa lógica [23] [24].
3.1. Principais tipos de machine learning
Existem três principais tipos de machine learning (ver figura 11): supervisionado,
não supervisionado e de reforço.
No machine learning supervisionado, o alvo de programação, seja ele uma
máquina ou um computador, é programado mediante um determinado modelo que é
verdadeiro. A partir daí, através de um método de direcionamento, as máquinas vão
começando a cumprir especificamente uma certa função direcionada pelo modelo
inicial, direção esta que pode ser obtida com base na observação de exemplos e na
criação de relações de padrão lógicas que levam as máquinas posteriormente a prever
resultados eficazes e, consequentemente, a tomar decisões inteligentes. Um bom
exemplo deste tipo de machine learning acontece quando num laboratório se pretende
identificar uma toxina de modo a que uma determinada doença não se propague; aí,
pode haver máquinas programadas especificamente para identificar a toxina maligna
num conjunto enorme de células.
No machine learning não supervisionado não existe uma indicação específica
dada ao alvo de programação. Este último sabe encontrar relações de padrão, bem
como similaridades e diferenças nos dados e agrupá-los sem estar com o objetivo de
saber como se desempenha certa função tal como acontece no machine learning
supervisionado. Muitas vezes, este tipo de machine learning é uma preciosa ajuda a
quem está a tentar encontrar relações entre dados para descobrir um determinado
dilema e não consegue. Um bom exemplo deste tipo de machine learning acontece
quando numa investigação criminal se pretende ver o que há em comum entre um
suspeito assassino e um suspeito cúmplice seu, com base em chamadas telefónicas
ou e-mails trocados, por exemplo, de modo a conseguir resolver um crime com mais
eficácia e rapidez.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 17
No machine learning de reforço, tal como o nome indica, a máquina é forçada a
tomar decisões inteligentes quando é posta à prova num «mundo real»: quando a
máquina toma uma boa decisão, nada lhe acontece sendo isso um sinal de que tomou
a decisão correta; já quando toma uma má decisão tem consequências negativas tais
como perda de tempo na execução dessa, ficando depois isso na sua memória
fazendo com que essa decisão não mais seja repetida. A partir daqui, a máquina vai
tomando cada vez mais decisões acertadas e menos decisões incorretas. Um bom
exemplo deste tipo de machine learning dá-se quando uma consola ou um computador
aprende sozinho a jogar um jogo de modo a que uma pessoa consiga jogar sozinha
(contra a máquina) [23] [24].
Figura 11- Áreas abrangidas pelo machine learning [25]
3.2. Principais consequências
Se um indivíduo mal-intencionado se apropriar do algoritmo que permite a
imitação da caligrafia de uma pessoa, pode falsificar um documento que seja de um
governador, ou de alguém prestigiado de modo a conseguir um determinado fim [26].
A sociedade quer cada vez mais enveredar pelo ramo da automatização e pela
inteligência artificial em tudo com o que se depara, contudo há quem receie que tal
investimento pode resultar num mundo comandado pela robótica, com elevadas taxas
de desemprego, uma vez que as máquinas têm a capacidade de substituir o ser
humano e até serem mais perfeccionistas [27].
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 18
4. Aplicações robóticas
Os robôs são produzidos com o intuito de realizarem determinada função.
Podem ser serviços pessoais, limpeza, vigilância, entretenimento, como por exemplo o
robô guarda-redes, para fazer funções domésticas, etc. No entanto, a maioria dos
robôs são utilizados de uma forma profissional. Isto é, estes têm como objetivo
substituir o Homem em alguma tarefa realizando-a de uma forma mais rigorosa e
detalhada. Os robôs aplicam-se nas mais diversas áreas: a militar, médica, segurança,
industrial, etc, exercendo em cada uma dessas áreas uma tarefa específica (ver figura
12).
Profissionais Pessoais
Áreas robóticas: agricultura, minas, silvicultura,
reprodução.
Construção/Demolição: pontes, estradas, edifícios.
Inspeção e manutenção: usinas, submarinos.
Transportes: veículos autónomos, comboios
automáticos, indústria automotiva.
Logística: receção no armazém, transporte de
mercadorias.
Medicina e saúde: cirurgia, diagnóstico,
reabilitação.
Serviços citadinos: salvamento e segurança,
vigilância, combate ao terrorismo e a incêndios.
Pessoal: assistência a idosos, pessoas com
dificuldades motoras
Tarefas domésticas, companhia, assistência.
Transporte: veículo autónomo pessoal (ver figura 8)
Segurança da habitação e vigilância pessoal.
Educação: kits robóticos, laboratório de pesquisa.
Entretenimento: brinquedos, parques de lazer.
Figura 12- Diversas aplicações robóticas [28]
1
4.1. Casos específicos
4.1.1. Agricultura
A empresa Blue River gastou mais de 2,5 milhões de euros para desenvolver um
robô, representado na figura 13, que aborda o problema nº 1 na agricultura: eliminar
ervas daninhas apenas utilizando o mínimo de herbicidas possíveis a culturas
alimentares, não modificando geneticamente as sementes, nem recorrendo à remoção
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 19
manual. Devido aos avanços em visão computacional e tecnologia de pulverização, o
robô da Blue River oferece uma alternativa às culturas que sofreram alterações
genéticas ou que cobre um campo com herbicidas. Instalado na retaguarda de um
trator, o robô incorpora uma câmara que filma o campo, sendo as imagens resultante
processadas quase instantaneamente. O robô determina se uma planta é uma cultura
ou uma erva daninha e elimina apenas a última. Resultando num impacto positivo para
a saúde e para o ambiente, podendo levar a alimentos mais acessíveis para os
consumidores [29].
Figura 13- Robô agrícola [29]
4.1.2 Segurança
A empresa RoboteX implantou seu primeiro "Robocops", representado na figura
14, no final de 2009. Desde então, unidades de socorro
utilizam-no com sucesso em cenários de sobrevivência e
de reféns. A base do robô controlada remotamente
assemelha-se a um pequeno tanque de batalha e uma
variedade de acessórios estão disponíveis como
complementos, como braços robóticos que podem procurar
e extrair bombas ou aliviar derrames químicos. Em
situações de reféns, o dispositivo pode trazer alimentos e
ajudar nas negociações via áudio e vídeo. Assim estes
podem-se tornar no próximo padrão de segurança [29].
Figura 14- Robocop [29]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 20
Outro exemplo no ramo da segurança do recurso aos robôs é o caso dos drones.
Estes são capazes de fazer várias atividades que eram impossíveis até agora, visto
que estes dão uma vista aérea rápida, o que pode melhorar as buscas em caso de
emergência, como por exemplo no desaparecimento de alguém. Para além desta
vantagem, há outras que se devem destacar, como por exemplo o facto de com os
drones, os agentes de autoridade não terem de correr tantos riscos, permitem a
reconstituição de acidentes, e permitem atingir sítios onde eram perigosos para a vida
humana, quer seja pelos maus acessos, quer pela presença de gases perigosos [30].
4.1.3 Medicina
A empresa Americana ''Intuitive Surgical'' lançou um ''robô cirurgião''(ver figura
15). Este tem como objetivo realizar algumas cirurgias de alguma dificuldade,
baseando-se em movimentos feitos pelo cirurgião que se encontra atrás de uma tela,
ou seja, o cirurgião não se encontra na mesma sala
que o robô apenas ordena este sobre o que tem de
realizar através de gestos que são repetidos pelo
robô, no entanto de uma forma mais precisa. Para
além disso, outra vantagem do robô relativamente
ao Homem é o facto de os seus braços robóticos
permitirem chegar a sítios inalcançáveis pelos
cirurgiões. Apesar de uma recuperação mais rápida,
menos sangue libertado e da menor probabilidade
de danos em órgãos importantes, a produção
deste robô ainda não justificou o investimento
[31].
4.1.4. Indústria
Na área da indústria, utiliza-se como exemplo a empresa “Adidas”, que pretende
tirar o protagonismo do Homem e transferi-lo para as máquinas.
Esta multinacional do calçado está a desenvolver uma empresa chamada
SpeedFactory baseada principalmente na robótica (ver figura 16). Serão utilizados
robôs de forma a desenvolver os seus produtos (neste caso, as sapatilhas). O objetivo
é diminuir o tempo de fabrico de cada peça, visto que até agora, os produtos eram
Figura 15- Exemplo de um ''robô cirurgião'' [32]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 21
elaborados em empresas gigantes, sendo que as pessoas representavam grande
parte da produção, ou seja, era despendido mais tempo, o que atrasava a venda do
produto [33] [34].
Figura 16- Fábrica da Adidas- produzir sapatilhas com robôs [35]
4.2 Vantagens
Os robôs têm muitas vantagens para a indústria porque em primeiro lugar os
empregadores podem reduzir o número de trabalhadores e assim aumentar os lucros,
sabendo também que os robôs operam continuamente, realizando uma maior
produção. Para além disso, os robôs têm uma maior precisão e rapidez de fabrico,
dando origem a melhor qualidade de produto. São também capazes de manusear
objetos de grandes dimensões. Não obstante, os robôs podem ser utilizados em
atividades verdadeiramente perigosas para os humanos (prejudiciais à saúde,
desagradáveis), para recolher amostras em locais impossíveis a operários de
alcançarem, ou até mesmo realizarem tarefas que são consideradas uma perda de
tempo, como por exemplo tarefas domésticas [36].
4.3. Desvantagens
Ao implementar robôs nas indústrias, favorece-se o desemprego. Outra
desvantagem é a necessidade de muita energia e o mundo ainda não estar preparado
para essa carência e também o custo de fabricação de um robô ser elevado. O último
pronto fraco é o perigo das máquinas comunicarem entre si ou desenvolverem
inteligência artificial e tomarem as próprias decisões [36].
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 22
4.4. Robótica Industrial
Na indústria, os robôs são utilizados nas mais diversas atividades. Os robôs
industriais localizam-se por todo o mundo e são responsáveis pelo processo de
fabrico. O facto de aumentarem a produtividade, garantirem uma alta e consistente
qualidade e melhoraram a segurança no local de trabalho. Apesar de, no passado os
robôs individuais realizarem tarefas relativamente simples e monótonas e em
ambientes perigosos, os sistemas sincronizados de robôs tratam atualmente de
tarefas sofisticadas.
A robótica industrial ao longo dos anos tem vindo a desenvolver-se em quase
todas as áreas, o que revela o interesse por parte das pessoas em estar
constantemente em progresso com esta área e consequentemente conferir às
máquinas um papel principal nas fábricas. Como é possível ver na figura 17, na
indústria automóvel e eletrónica é possível verificar um maior investimento em termos
económicos relativamente às outras indústrias [37].
Figura 17- Estimativa anual das indústrias que utilizam robôs entre 2014 e 2016 [38]
4.5 Aplicações robóticas em processos industriais
Na indústria os robôs têm inúmeras funções e podem adquirir várias
funcionalidades. Algumas dessas estão presentes no gráfico da figura 15 que
demonstra não só a variedade de utilidades que um robô industrial tem no ambiente
Automóvel
Elétrica/Eletrónica
Metal
Química, borracha e plásticos
Alimentação
Outros
Não especificado
Unidades
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 23
Figura SEQ Figura \* ARABIC 15- Aplicações robóticas predominantes em 1996 (Bruce Sampson, Young Jun Son, Jen-chi Wu, 1997)
Figura SEQ Figura \* ARABIC 16-Robôs de soldadura por ponto em ação (Autobot Systems & Automation, 2013
Figura 18- Funções dos robôs da Europa na indústria [39]
5430
55
4 2
Manuseamento de Materiais Soldadura
Maquinagem Montagem
Processamento Outros
que se encontra, como também nas indústrias.
Através da figura 18, infere-se que o manuseamento de materiais e a soldadura
são as funções que os robôs são mais responsáveis por realizar, com respetivamente
54% e 30%. Por fim, podemos afirmar que as funções como a maquiagem (5%), a
montagem (5%), o processamento (4%) são as que estes menos realizam, sendo que
2% representa as restantes funções.
4.5.1. Soldadura por resistência por ponto
Neste processo é utilizado duas chapas de metal
que ao serem pressionadas por meio de elétrodos, com
corrente elétrica que é transferida pelo meio destes, é
gerado calor que faz com que os dois metais se fundam,
ligando-se e mantendo-se em contacto com os metais até
que estes voltem a solidificar. Este método é pouco
apropriado para o ser humano uma vez que é libertada
uma grande quantidade de faíscas que pode ser
prejudicial para a saúde, por isso em algumas fábricas é
utilizado um robô (ver figura 19 e 20) [42].
Figura 19- Robô de Soldadura por ponto [40]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 24
Figura SEQ Figura \* ARABIC 17- Robô de Soldadura por ponto
(Motoman Robótica do Brasil Lda, 2017)
Figura - Robô de soldadura por arco (Eurobots, 2016)
Figura SEQ Figura \* ARABIC 19- Robô de soldadura por arco (Eurobots, 2016)
Figura SEQ Figura \* ARABIC 18-Máquina de soldar por arco (Direct Industry, 2017)
Figura - Robôs de soldadura por ponto em ação (Autobot Systems & Automation, 2013)
Figura - Figura 17- Máquina de soldar por arco (Direct Industry, 2017)
4.5.2. Soldadura por arco elétrico
O objetivo deste método é soldar algum metal ao longo de um perfil (ver figura
21 e 22). O método consiste em juntar 2 metais, com a ajuda de um arco elétrico,
entre o elétrodo e o metal a ser soldado, criando um calor intenso que funde os
metais. Assim, cria-se a poça de fusão que posteriormente à solidificação une os
metais. A este método deve-se adicionar um gás inerte que previne a contaminação
dos metais com ar atmosférico (nitrogénio e árgon), chamando-se a este processo
soldagem por arco elétrico com gás de proteção.
Através deste processo há libertação radiação ultravioleta com alta intensidade
(radiação UV-B), fumos tóxicos (óxido de ferro) e ruído, deixando o ambiente onde
este se encontra impróprio para um ser humano. Apesar de serem utilizadas tensões
baixas, é necessário ter em atenção ao risco de estar
num ambiente com eletricidade, e, para além disso
deve-se ter em conta o facto de as temperaturas
geradas serem elevadas, o que reforça a necessidade
da automação deste processo [42].
Figura 21- Máquina de soldar por arco elétrico [43]
Figura 20- Robôs de soldadura por ponto em ação [41]
Figura 22- Robô de soldadura por arco [44]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 25
Figura - Robô de montagem ( Pinterest) Figura SEQ Figura \* ARABIC 20- Robô de montagem (Pinterest)
4.5.3. Montagem
Os robôs de montagem (ver figura 23) são responsáveis por selecionar as peças
e montá-las de forma a obter a peça pretendida. A nova entidade torna-se segura com
a fixação simultânea das partes através de uso de técnicas de fixação mecânicas,
como parafusos ou processos de junção (soldagem, colagem, entre outros.)
A montagem (ver figura 24) é a parte do processo de criação de um produto que
corresponde à sequência de processos mecânicos de forma a criar uma configuração
específica. Este trabalho tem deve ser executado de uma forma rigorosa, no entanto
uma atividade muito cansativa é difícil de ser feita de uma forma correta ao longo do
tempo. Para além disso, o tempo necessário caso seja feita por uma pessoa ou uma
máquina é incomparável, visto que os robôs são muito rápidos [42] [45].
4.5.4. Corte
O corte (ver figura 25) é utilizado quando se quer retirar material a uma peça de
forma a que esta se torne mais pequena ou adquira os contornos desejados. Assim,
torna-se importante a utilização de um robô para que este trabalho seja realizado mais
rapidamente e com maior rigor.
Há vários tipos de corte que os robôs são responsáveis por fazer, um dos quais
é o corte a laser que usualmente é aplicado no corte de lâminas de metais de até 1,27
cm. Este deve-se a um raio laser concentrado que eleva a temperatura do metal e um
jato de gás remove o material cortado.
Para além disso, outro método importante a ter em conta é o corte a jato de
água, em que um jato de água de altíssima velocidade e pressão é forcado contra um
pequeno orifício de cerca de 0,5 mm na maquinagem de não-metais. Em metais, é
Figura 24- Robô de montagem [46]
Figura 23- Montagem de carros feita por robôs [47]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 26
utilizado quando se necessita manter as propriedades mecânicas da peça (visto que a
mesma não é submetida a temperaturas elevadas). Pode ser adicionado um composto
abrasivo ao jato d’água de alta pressão para aumentar a capacidade de corte. A figura
21 representa um robô deste tipo.
Finalmente, também se pode realçar que os robôs podem ter a função de corte
através de plasma em que um arco elétrico é formado entre o metal a ser cortado e
um elétrodo. Temperaturas elevadas são geradas de forma concentrada, fazendo o
metal [42].
Figura 25- Robô de corte [48]
4.5.5. Manuseamento de materiais
Os robôs que estão encarregues pelo manuseamento de materiais (ver figura
26) são responsáveis pelo transporte de objetos de um lado para o outro. Realizam
uma função muito repetitiva, perigosa e prejudicial
a saúde, visto que por vezes uma pessoa
transportava mais do que podia suportar, e, por
isso foi necessário o seu desenvolvimento para
que o transporte seja mais rápido e mais eficaz.
São constituídos por 1 braço robótico que faz todo
o trabalho, podendo transportar mais de 1
tonelada. Estes também são responsáveis pelo
embalamento e seleção dos materiais [49] [50].
Figura 26- Montagem de carros feita por robôs [47]
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 27
5. Reflexões éticas
Os mundos reais e digitais apresentam-se mais próximos, as pessoas
comunicam fluentemente, estamos progressivamente mais perto de conseguir que as
máquinas comuniquem umas com as outras e assim descobrir e desenvolver novos
empreendimentos. Todavia, esta revolução industrial lança uma discussão na
sociedade. Em primeiro lugar, o problema mais controverso é o desemprego que esta
pode causar, visto que, como o Homem será substituído por uma máquina, menos
mão de obra será necessária e consequentemente o número de pessoas sem trabalho
irá aumentar, aumentando assim também a desigualdade entre classes sociais.
Contudo, quão ético será exigir-se a um ser humano que labore oito horas por
dia numa linha de montagem monótona, a troco de salário mínimo. Provavelmente
valha a pena investir o dinheiro que se economiza na integração dos robôs na
produção, na educação das pessoas e na criação de empregos com mais qualidade.
Posteriormente, é necessário refletir que, este momento de mudança acarreta
também consequências negativas e que deixará problemas para as gerações
seguintes. Em terceiro lugar, é necessário ter em conta que ao possibilitar a
conetividade entre os robôs permite-se que alguns erros tenham consequências muito
piores relativamente ao passado, visto que um problema numa máquina pode alastrar-
se para a restante indústria. Para além disso, uma empresa deste setor tem de ter em
a noção da necessidade de ter as ferramentas fulcrais para prevenir a ocorrência de
pirataria, visto que não só é possível expiar todos os softwares da empresa, como
também ser retirada informação e os robôs ficarem descontrolados, o que pode causar
não só perdas materiais como perdas de vidas. Por fim, apesar das revoluções
industriais melhorarem a qualidade de vida das pessoas, também é necessário
evidenciar o há um aumento crescente da pegada ecológica. É necessário refletir
sobre todas estas questões antes de começar o investimento mundial neste conceito
[52].
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 28
6. Conclusão
Com base na discussão do trabalho, e após uma longa reflexão, conclui-se que
a tendência do ser humano desde há muitos anos, começando com a primeira
revolução industrial, é inovar sempre e o facto de até agora já terem existido três
revoluções industriais é um exemplo disso mesmo.
Esta inovação prende-se com a necessidade de aumentar a produtividade dos
processos do nosso quotidiano, nomeadamente dos processos de fabrico, que se
traduz numa maior especificidade e velocidade no funcionamento das máquinas, que
cada vez se torna mais desafiante à medida que os conhecimentos e capacidade da
sociedade aumentam.
Acima de tudo, é fundamental começar a cogitar sobre esta situação porque à
velocidade com que os desenvolvimentos tecnológicos estão a progredir é provável
que daqui a uns anos o Homem seja surpreendido por um mundo comandado por
máquinas devido à ambição desmedida de inovação.
Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 29
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2017. http://www.acieta.com/automation-application/material-handling/
[51] Motoman Industrial Robots. 2017. ‘’Máquina de manuseamento de
materiais’’. Acedido a 7 de outubro de 2017.
https://www.pinterest.pt/pin/430797520577703461/
[52] Borlido, David José Araújo. 2017. “Indústria 4.0: Aplicação a Sistemas de
Manutenção”. Dissertação de Mestrado. Faculdade de Engenharia, Universidade do
Porto.
[53] Organização das Nações Unidas para o Desenvolvimento Industrial
(UNIDO). 2017. “Accelerating clean energy through Industry 4.0”. Acedido a 3 de
outubro de 2017. https://www.unido.org/fileadmin/user_media_upgrade/Resources/P-
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[54] Paulo Cunha. 2017. ‘’ António Costa diz que Portugal tem de surfar onda da
revolução digital’’. Acedido a 30 de outubro de 2017.
http://rr.sapo.pt/noticia/74735/antonio_costa_diz_que_portugal_tem_de_surfar_onda_d
a_revolucao_digital