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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

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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

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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.

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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.

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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

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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)

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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.

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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

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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]

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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]

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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].

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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

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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

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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.

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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.

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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

ecta

tiva

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ben

efício

s

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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.

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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].

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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

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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]

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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]

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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].

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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

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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]

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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]

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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]

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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]

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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].

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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.

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Processos avançados de fabrico na engenharia mecânica- Os robôs nos processos de fabrico 29

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