Indústria 4.0: Aproveitando a Automação para Transformar a Manufatura

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 de aviões durante este período. Em 1960, a terceira revolução industrial introduziu eletrônica sofisticada, computadores e automação. Esta revolução foi focada principalmente na revolução digital no processo industrial. Hoje, vivemos em um sistema ciber-físico focado em sincronizar o mundo real com o virtual. Isso é referido como a quarta revolução, ou Indústria 4.0, um termo oficialmente cunhado 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 fará uma análise aprofundada da manufatura da Indústria 4.0, incluindo os processos e tecnologias que estão se destacando e o que ainda precisa ser melhorado.

Principais Elementos Tecnológicos da Manufatura Indústria 4.0

Abaixo, detalhamos alguns dos principais elementos tecnológicos que compõem os processos de manufatura da Indústria 4.0 de hoje e examinamos suas vantagens e limitações.

Manufatura Aditiva

Manufatura aditiva (MA), também conhecida como impressão 3D, faz uso de um modelo CAD 3D para fabricar peças camada por camada através da adição de materiais, ao contrário de técnicas subtrativas convencionais. Hoje, a tecnologia MA está atendendo às necessidades de design sofisticadas de muitas indústrias, como automotiva, manufatura, aviação e médica.

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

• 3DP (impressão tridimensional) — 1993
• Modelagem por deposição fundida — 1992
• Sinterização seletiva a laser — 1989
• Fabricação de objeto laminado — 1988
• Modelagem a laser de rede — 2000

Vantagens

Ao contrário de processos subtrativos tradicionais, a tecnologia MA pode ajudar você a projetar um protótipo funcional em um curto prazo. O desperdício de material é significativamente reduzido, pois a tecnologia faz uso da matéria-prima necessária para a peça e fornece uma opção de reutilizar o material restante. Como a peça é fabricada usando um processo e com pouca configuração necessária, você economiza tempo e dinheiro em várias etapas de manufatura e montagem.

Limitações

A manufatura aditiva ainda está em estágio beta. Existem limitações funcionais, como baixas velocidades, que não a tornam adequada para produção em massa. Protótipos criados com manufatura aditiva frequentemente também precisam de toques de acabamento pós-produção. Além disso, como a manufatura aditiva faz uso de pós líquidos e polímeros metálicos, os materiais carecem de resistência suficiente para fabricar peças de grande porte.

Fábricas Virtuais

As fábricas inteligentes de hoje empregam sistemas ciber-físicos e aproveitam o poder da tecnologia da informação em grande medida. Em fábricas inteligentes, o sistema facilita máquinas e outros recursos de manufatura a se comunicar, colaborar e trabalhar como uma equipe com pouca ou nenhuma interferência humana. No entanto, instalar esses sistemas de manufatura é caro e pode ser arriscado para testar. A este respeito, a estrutura de fábrica virtual fornece o suporte de decisão necessário.

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-la para um único equipamento ou para a fábrica inteira. 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 o programa de simulação retornar resultados confiáveis, ele deve receber um resumo preciso das condições específicas de sua instalação. Estas são personalizações intensivas em mão de obra e requerem especialistas no assunto. Como a simulação roda baseada em entrada de dados em tempo real contínuo, qualquer mudança de parâmetro dentro do sistema de manufatura, máquinas ou robôs pode impactar a precisão do resultado.

Robôs Industriais

Com a ajuda de tecnologias como inteligência artificial e análise de big data, processos de manufatura da Indústria 4.0 dependem de robôs industriais para aumentar a velocidade de produção e reduzir custos de processo.

Vantagens

Ao contrário de seus ancestrais tradicionais, robôs na revolução de manufatura da Indústria 4.0 são projetados para ter capacidades de auto-consciência, auto-manutenção e auto-previsibilidade. Com sistemas sensoriais avançados, esses robôs de nova geração interagem com outros robôs e trabalhadores humanos para melhorar a qualidade da manufatura. 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

Integrar robôs altamente sensíveis e energeticamente eficientes é desafiador. Além disso, robôs na fase industrial 4.0 ainda não estão desenvolvidos maduramente para substituir trabalhadores experientes para tarefas complexas em linhas de montagem e centros de distribuição.

Indústria 4.0 e Instalações de Processamento de Metal

A indústria de processamento de metal pode se beneficiar grandemente da revolução da Indústria 4.0 em termos de custos operacionais reduzidos, baixo desperdício de material, entrega rápida e baixa possibilidade de revisões. Fabricantes podem colher benefícios em cada etapa do processo de manufatura.

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

A automação pode aumentar a velocidade de produção e reduzir 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 serve de nada se a peça de trabalho for de má qualidade.

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