Indústria 4.0 na manufatura:o poder crescente da automação

Em 1784, a primeira revolução industrial começou com máquinas movidas a água e vapor. A segunda revolução veio em 1870 com a produção em massa de aço e eletricidade; o mundo também testemunhou a invenção dos aviões nesse período. Em 1960, a terceira revolução industrial introduziu eletrônica sofisticada, computadores e automação. Esta revolução teve como foco principal a revolução digital no processo industrial. Hoje, vivemos em um sistema ciber-físico focado em sincronizar o mundo real com o mundo virtual. Isso é conhecido como a quarta revolução, ou Indústria 4.0, um termo cunhado oficialmente em 2015 pelo Sr. Klaus Schwab, presidente executivo do Fórum Econômico Mundial.

A Indústria 4.0 é a nova revolução industrial para criar fábricas inteligentes alimentadas pela rede de máquinas e processos com plataformas inteligentes. Existem vários elementos da revolução de manufatura da Indústria 4.0, como análise de dados, Internet das Coisas (IoT), robótica avançada, realidade aumentada, manufatura aditiva, software de fábrica virtual e rastreabilidade digital.

Este artigo analisará detalhadamente a fabricação da Indústria 4.0, incluindo os processos e tecnologias que estão se destacando e o que ainda precisa ser melhorado.

Principais elementos tecnológicos da indústria 4.0 de fabricação

A seguir, detalhamos alguns dos principais elementos tecnológicos que compõem os atuais processos de fabricação da Indústria 4.0 e analisamos suas vantagens e limitações.

Manufatura Aditiva

A manufatura aditiva (AM), também conhecida como impressão 3D, utiliza um modelo CAD 3D para fabricar peças camada por camada por meio da adição de materiais, diferentemente das técnicas subtrativas convencionais. Hoje, a tecnologia AM atende às necessidades de design sofisticado de muitos setores, como automotivo, manufatura, aviação e médico.

Nos últimos vinte anos, a tecnologia AM evoluiu em diferentes fases. A estereolitografia foi a primeira técnica patenteada de prototipagem rápida desenvolvida sob AM em 1986. Depois disso, passou pelas seguintes sucessões:

• 3DP (impressão tridimensional) – 1993
• Modelagem de deposição fundida – 1992
• Sinterização seletiva a laser – 1989
• Fabricação de objetos laminados – 1988
• Forma de rede projetada a laser – 2000

Vantagens

Ao contrário dos processos subtrativos tradicionais, a tecnologia AM pode ajudá-lo a projetar um protótipo funcional em um curto espaço de tempo. O desperdício de material é reduzido significativamente, pois a tecnologia aproveita a matéria-prima necessária para a peça e oferece a opção de reaproveitamento do material restante. Como a peça é fabricada usando um processo e com pouca configuração necessária, você economiza tempo e dinheiro em várias etapas de fabricação e montagem.

Limitações

A manufatura aditiva ainda está em fase beta. Existem limitações funcionais, como baixas velocidades, que não o tornam adequado para produção em massa. Protótipos criados com manufatura aditiva geralmente também precisam de retoques finais de pós-produção. Além disso, como a manufatura aditiva utiliza pós líquidos e polímeros metálicos, os materiais não possuem resistência suficiente para fabricar peças de grande porte.

Fábricas Virtuais

As fábricas inteligentes de hoje empregam sistemas ciberfísicos e aproveitam em grande medida o poder da tecnologia da informação. Em fábricas inteligentes, o sistema facilita a comunicação, a colaboração e o trabalho em equipe de máquinas e outros recursos de fabricação com pouca ou nenhuma interferência humana. No entanto, instalar esses sistemas de fabricação é caro e pode ser arriscado para testar. Nesse sentido, a estrutura de fábrica virtual fornece o suporte necessário à decisão.

Vantagens

A estrutura de fábrica virtual (VF) é um ambiente de software de simulação 3D avançado para avaliar o desempenho de sua fábrica inteligente sob demanda variável e condições dinâmicas de fábrica. Você pode usá-lo para um único equipamento ou para toda a fábrica. A tecnologia VF é altamente útil para prever a variabilidade do processo de um novo sistema de manufatura na ausência de dados históricos.

Limitações

Para que o programa de simulação retorne resultados confiáveis, ele deve receber uma sinopse precisa das condições específicas de sua instalação. Essas são personalizações que exigem muito trabalho e exigem especialistas no assunto. Como a simulação é executada com base na entrada contínua de dados em tempo real, qualquer alteração de parâmetro no sistema de fabricação, máquinas ou robôs pode afetar a precisão do resultado.

Robôs Industriais

Com a ajuda de tecnologias como inteligência artificial e análise de big data, os processos de fabricação da Indústria 4.0 contam com robôs industriais para aumentar a velocidade de produção e reduzir os custos do processo.

Vantagens

Ao contrário de seus ancestrais tradicionais, os robôs da revolução de manufatura da indústria 4.0 são projetados para ter habilidades de autoconsciência, automanutenção e autoprevisão. Com sistemas sensoriais avançados, esses robôs de nova geração interagem com outros robôs e trabalhadores humanos para melhorar a qualidade de fabricação. Eles usam tecnologias avançadas de sensores para capacitar sua percepção para várias tarefas manuais, como detecção automática de peças, coleta correta de material e manuseio seguro do item.

Limitações

A integração de robôs altamente sensíveis e com baixo consumo de energia é um desafio. Além disso, os robôs na fase industrial 4.0 ainda não estão desenvolvidos para substituir trabalhadores experientes em tarefas complexas nas linhas de montagem e centros de distribuição.

Indústria 4.0 e Instalações de Processamento de Metais

A indústria de processamento de metal pode se beneficiar muito da revolução da indústria 4.0 em termos de custos operacionais reduzidos, baixo desperdício de material, entrega rápida e baixa possibilidade de revisões. Os fabricantes podem colher benefícios em cada estágio do processo de fabricação.

Máquinas CNC inteligentes podem construir modelos preditivos usando dados históricos para se proteger contra possíveis pontos de falha. O efeito combinado de sensores de IoT e medidores inteligentes pode ajudar grandes máquinas a gerenciar efetivamente o fluxo de energia durante as horas ociosas. O feedback do processo em tempo real das máquinas seria a escolha ideal para os operadores eliminarem quaisquer erros potenciais durante o estágio alfa.

A automação pode aumentar a velocidade de produção e reduzir os erros humanos, mas certos elementos ainda estariam fora de seu alcance. Um desses elementos é a aquisição do material adequado para o projeto. Uma máquina CNC inteligente automatizada não é útil se a peça de trabalho for de baixa qualidade.

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