Tecnologias da Informação no Chão de Fábrica

2,898 views
2,760 views

Published on

PETTINI, Daniel; LIMA, Jacques; SANTOS, Verônica. Tecnologias da informação
no chão de fábrica. 2011. Pesquisa (Graduação em Engenharia da Computação) –
Faculdade Área1, Salvador.

Published in: Technology
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,898
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
55
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Tecnologias da Informação no Chão de Fábrica

  1. 1. FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA - ÁREA1TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO NO CHÃO DE FÁBRICA SALVADOR 2011
  2. 2. DANIEL SANTOS DA COSTA JACQUES JEFFERSON LEÃO LIMA VERÔNICA LUZIA REIS SANTOSTECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO NO CHÃO DE FÁBRICA Trabalho de Automação de Processos de Manufatura apresentado no curso de Engenharia da Computação da Faculdade Área1, como requisito parcial para obtenção da nota da primeira unidade do semestre de 2011.2. Professor: Renato de Sousa Cabral SALVADOR 2011
  3. 3. Analisar as informações é ter compromisso com aempresa, é ter a consciência de que tudo que ébom pode ser melhorado. [Daniel Pettini]
  4. 4. RESUMOPETTINI, Daniel; LIMA, Jacques; SANTOS, Verônica. Tecnologias da informaçãono chão de fábrica. 2011. Pesquisa (Graduação em Engenharia da Computação) –Faculdade Área1, Salvador. Este trabalho apresenta as tecnologias de informação envolvidas nosSistemas de Execução de Manufatura (MES), tendo como ponto de partida ainformação no chão de fábrica. Estas informações estão baseadas nos sistemas decontrole e automação das indústrias, utilizando equipamentos de controle como osControladores Lógicos Programáveis (CLP’s), Sistema de Aquisição de Dados,Controle Estático de Processos (CEP), Controle Numérico Computadorizado (CNC),Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD) e Célula Flexível de Manufatura(FMS). São apresentandos suas definições, conceitos e aplicação, enfocando aintegração dos dados nos diversos níveis de fábrica, objetivando o levantamento deinformações para um melhor controle e integraçao dos processos.Palavras-Chave: Tecnologia da Informação, Chão de Fábrica, Integração dosProcessos.
  5. 5. ABSTRACTPETTINI, Daniel; LIMA, Jacques; SANTOS, Verônica. Information Technology onthe factory floor. 2011. Research (Undergraduate in Computer Engineering) -College Area1, Salvador. This paper presents the information technologies involved in theManufacturing Execution Systems (MES), taking as its starting point the informationon the factory floor. This information is based on control systems and automationindustries, using control equipment such as programmable logic controllers (PLCs),System Data Acquisition, Control Static Process (CEP), Computer Numeric Control(CNC), Digital System Distributed Control (DCS) and Flexible Manufacturing Cell(FMS). Apresentandos are their definitions, concepts and application, focusing ondata integration at different levels of plant, aiming at collecting information to bettercontrol and integration processes.Keywords: Information Technology, Plant Floor, Process Integration.
  6. 6. SUMÁRIORESUMO................................................................................................................... 03ABSTRACT............................................................................................................... 04LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. 07LISTA DE ABREVIATURAS..................................................................................... 081 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 092 DESENVOLVIMENTO DAS TECNOLOGIAS ....................................................... 103 SISTEMA DE INFORMAÇÃO DE CHÃO DE FÁBRICA ....................................... 114 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ....................................................... 12 4.1 Definição ....................................................................................................... 12 4.2 Arquitetura ..................................................................................................... 12 4.2.1 O Hardware do CLP ...................................................................................... 13 4.2.2 O Software do CLP ....................................................................................... 13 4.3 Aplicação ....................................................................................................... 145 SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS .............................................................. 15 5.1 Definição ....................................................................................................... 15 5.2 Elementos Funcionais dos Sistemas de Aquisição ....................................... 15 5.2.1 Sensores e Transdutores .............................................................................. 15 5.2.2 Condicionamento de Sinal............................................................................. 16 5.2.3 Equipamento de Medição .............................................................................. 17 5.2.4 Software de Medição e Aquisição de Dados ................................................. 18 5.2.5 Computador................................................................................................... 186 CONTROLE ESTÁTICO DE PROCESSO ............................................................. 19 6.1 Definição ....................................................................................................... 19 6.2 Aplicação ....................................................................................................... 197 CONTROLE NUMÉRICO COMPUTADORIZADO ................................................. 22 7.1 Definição ....................................................................................................... 22 7.2 Aplicação ....................................................................................................... 22 7.3 Vantagens ..................................................................................................... 238 SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO ............................................ 24 8.1 Definição ....................................................................................................... 24 8.2 Aplicação ....................................................................................................... 24
  7. 7. 9 CÉLULA FLEXÍVEL DE MANUFATURA ............................................................. 26 9.1 Definição ....................................................................................................... 26 9.2 Aplicação ....................................................................................................... 26 9.2.1 Armazenamento ............................................................................................ 27 9.2.2 Operação....................................................................................................... 28 9.2.3 Transporte ..................................................................................................... 28 9.2.4 Inspeção ........................................................................................................ 2910 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 3011 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 33
  8. 8. LISTA DE FIGURASFigura 1 – Diagrama de blocos simplificado de um CLP ........................................... 08Figura 2 – Controle utilizando o CLP......................................................................... 09Figura 3 – Diagrama funcional de um sistema de aquisição baseado em umcomputador pessoal .................................................................................................. 11Figura 4 – Esquema de um transdutor elétrico.......................................................... 12Figura 5 – Exemplo de condicionamento de sinal: amplificação e filtragem ............. 12Figura 6 – Exemplo de equipamentos de medição e conversores digitais ................ 13Figura 7 – Estratégia para melhorias no controle estatístico de processos .............. 17Figura 8 – Ligação de processos em uma célula de manufatura .............................. 23Figura 9 – Exemplo de sistemas de transporte nas FMS .......................................... 25
  9. 9. LISTA DE ABREVIATURASERP Enterprise Resources PlanningFIS Factory Information SystemsCLP Programmable Logic ControllerCEP Static Control ProcessCNC Computer Numeric ControlSDCD Distributed Digital Control SystemFMS Flexible Manufacturing Cell
  10. 10. 91 INTRODUÇÃO Uma empresa manufatureira voltada à produção de bens de consumo écomposta por diversas áreas que possuem suas respectivas funções, as quais, emconjunto, geram o produto final. Dentre estas áreas, podemos citar a de produção,onde são obtidos os produtos finais da empresa através da montagem e/outransformação da matéria-prima. Logo, chão de fábrica é a nomenclatura usada porengenheiros, arquitetos e designers para designar conhecimento das técnicas emateriais de produção de uma fábrica. Para que o chão de fábrica possa ser conduzido e aperfeiçoado, o seuadministrador necessita do maior número de informações possíveis para que astomadas de decisões não sejam fruto de intuição. Alguns gerentes questionam essadeficiência em suas empresas e estão necessitando e apoiando projetos que tratamda medição de desempenho de suas fábricas (AMARATUNGA e BALDRY, 2002). Diante deste conceito, este trabalho tem como objetivo elucidar os sistemasde informação utilizados nos processos de chão de fábrica, abordando seussistemas de controle e aquisição de dados, para o levantamento de informações,visando ganhos estratégicos nos processos produtivos.
  11. 11. 102 DESENVOLVIMENTO DAS TECNOLOGIAS O surgimento do chão de fábrica, setor de produção, ocorreu a partir daRevolução Industrial no final do século XVIII. Neste momento, o modo de produçãoartesanal deu lugar ao regime de produção mecanizada em massa. Essa mudançapermitiu que a produção fosse feita com mais rapidez e padronização, reduzindocustos. A partir daí este setor passou a sofrer transformações buscando sempre oaprimoramento da produção (CHIAVENATO, 1983). Uma das mudanças no ambiente de produção foi a implementação desistemas de planejamento de recursos empresariais (ERP – Enterprise ResourcesPlanning). No final do século passado, houve uma significativa quantidade deinvestimentos em softwares, computadores e periféricos. As empresasargumentavam que, visto que grandes investimentos em tecnologia da informaçãotinham de ser feitos para o aumento da competitividade, elas deveriam dar um passoà frente e investir na substituição e melhoria dos sistemas utilizados até então. A maioria das companhias possuía sistemas que eram compostos por umagama de programas distintos, que realizavam funções de forma independente paracada departamento da empresa. Esses sistemas foram naturalmente evoluindo paraprogramas que poderiam conversar entre si, isto é, a integração dos programas dediferentes áreas foi substituindo os antigos sistemas dentro das companhias. Destemodo, os sistemas deveriam captar dados de todos os setores da empresa etambém disponibilizar informações comuns para essas mesmas áreas. Essessistemas são programas grandes, trazendo módulos de finanças, contabilidade,recursos humanos, vendas e marketing, entre outros, e foram chamados sistemasde planejamento de recursos empresariais (FORTULAN, 1996). Esse esforço em coletar dados de todos os pontos da companhia faz com queas empresas de manufatura voltem seus olhos com muita atenção para o chão defábrica. Este setor tem uma importância considerável para a empresa, uma vez queuma grande quantidade de dados é gerada a partir do controle das suas etapas deprodução além de possuir processos que estão diretamente envolvidos naprodutividade e no custo de seus produtos (FORTULAN, 2006).
  12. 12. 113 SISTEMAS DE INFORMAÇÃO DE CHÃO DE FÁBRICA Sistemas de informação de chão de fábrica (FIS - Factory InformationSystems) são compostos de vários subsistemas que tratam os diversos tipos deinformação presente no ambiente da manufatura. A modelagem de um sistema deinformação para sistemas de manufatura deve considerar a presença de diversostipos de informação. Neste contexto, como um dos subsistemas que compõe o sistema deinformação fabril, está inserido o FIS, que realiza aquisição dos dados das máquinasque compõem o processo produtivo e armazena estes dados de maneiraorganizada. A partir dos dados obtidos, é possível gerar relatórios com o valor dosindicadores de desempenho possibilitando a localização de possíveis pontos demelhoria (DICESARE, 1992). O FIS tem por objetivo o tratamento apenas das informações de produção,como a quantidade total de peças produzidas, os tempos de ciclo de cadaequipamento para produzir determinado tipo de peça e a ocorrência de erros duranteo processo produtivo. A modelagem do fluxo de informações possibilita o cálculo deindicadores de desempenho, tornando possível a identificação dos problemas emprocessos produtivos (DICESARE, 1992). Gargalos de produção ocasionados por falta de matéria-prima,indisponibilidade do equipamento e falta de eficiência do equipamento na execuçãode determinada etapa do processo produtivo, são os principais problemas quepodem ser identificados utilizando o sistema de informação de chão de fábrica.Modelar o sistema de informação para que seja possível propor melhorias e corrigiros problemas é o principal objetivo para cada tecnologia. A seguir, serãoapresentadas algumas delas.
  13. 13. 124 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL4.1 Definição O Controlador Lógico Programável (CLP - Programmable Logic Controller) éum dispositivo eletrônico dotado de um microprocessador capaz de controlar egerenciar máquinas, sistemas e processos industriais. Utiliza em sua memória umprograma capaz de executar tarefas específicas, operações lógicas, operaçõesmatemáticas, energização e desenergização de relés, temporização, contagem emanipulação de variáveis de oito ou dezesseis bits e etc.4.2 Arquitetura A figura 1 mostra através do diagrama de blocos, como o CLP atua nosistema: os sensores alimentam o CLP (processador), a cada instante, com osdados (variáveis de entrada) informando, através de níveis lógicos, as condições emque se encontram. Em função do programa armazenado em sua memória, o CLPatua no sistema por meio de suas saídas. As variáveis de saída executam, a cadainstante, os acionamentos dos atuadores no sistema, (NATALE, 1995). Processador Memória Fonte Barramento (dados, endereços, controle) Entradas Saídas Figura 1 – Diagrama de blocos simplificado de um CLP.
  14. 14. 13 O processamento é feito em tempo real, suas informações de entrada sãocomparadas com as informações contidas na memória, as decisões são tomadaspelo CLP, os comandos ou acionamentos são executados pelas saídas, tudoconcomitantemente com o desenrolar do processo como mostra na figura 2. Figura 2 - Controle utilizando o CLP.4.2.1 O Hardware do CLP O hardware CLP é essencialmente um microcomputador, o qual possuicaracterísticas próprias para o controle industrial: • Alta tensão e alta corrente presente nos sinais de entrada e saída (I/O); • Deve possuir memória não volátil para armazenamento de programas e parâmetros; • Deve ser robusto fisicamente para altas temperaturas e manuseamento; • Deve ter flexibilidade para configurar e expandir o módulo I/O.4.2.2 O Software do CLP A linguagem de programação utilizada é conhecida como Lógica Ladder e oprograma é carregado na memória do CLP através da porta de comunicação serialRS-232. Após carregar o programa na memória do CLP, pode-se desconectá-lo domicrocomputador e o CLP estará apto a realizar a tarefa programada.
  15. 15. 144.3 Aplicação Os Controladores Lógicos Programável estão muito difundidos nas áreas decontrole de processos ou de automação industrial. No primeiro caso a aplicação sedá nas indústrias do tipo contínuo, produtoras de líquidos, materiais gasosos eoutros produtos, no outro caso a aplicação se dá nas áreas relacionadas com aprodução em linhas de montagem, por exemplo, na indústria do automóvel. Segundo Mamed (2002), os Controladores Lógicos Programáveis podem serempregados em diversos setores da indústria. Utilizados sozinhos ou acoplados aoutras unidades, no caso de projetos que ocupam grandes extensões, eles operamsincronizadamente fazendo todo o controle do processo. Nesses casos, “aautomação assume uma arquitetura descentralizada, dividindo-se aresponsabilidade do processo por várias unidades de CLPs, localizadas emdiferentes pontos estratégicos da instalação”.
  16. 16. 155 SISTEMAS DE AQUISIÇÃO DE DADOS5.1 Definição Aquisição de dados significa obter informação de algum processo físicoatravés da medição de suas grandezas, que serão digitalizadas de forma a permitir aaplicação de algum tipo de processamento matemático que irá torná-lo compatível,para fim de comparação, com grandezas padronizadas. Após isso será analisado earmazenado. Qualquer sistema de aquisição irá apresentar alguns blocos, oufunções, básicas: sensores, condicionamento de sinal, conversão analógico-digital eprocessamento.5.2 Elementos Funcionais dos Sistemas de Aquisição Na figura 3, apresentam-se os elementos funcionais de um sistema deaquisição. Nela estão indicados os sensores e transdutores, o condicionamento desinal, o equipamento de aquisição, o computador e o software de aquisição. Cadaelemento funcional vai afetar a exatidão do sistema total de medição e a corretarecolha dos dados do processo físico que se pretende monitorizar. A seguir, serãoapresentadas as principais funções de cada um destes elementos. Figura 3 - Diagrama funcional de um sistema de aquisição baseado em um computador pessoal.5.2.1 Sensores e Transdutores Os sensores e transdutores fornecem a ligação direta entre o mundo real e osistema de aquisição de dados, convertendo sinais de grandezas físicas em sinaiselétricos (tensões ou correntes) apropriados para os condicionadores de sinais e/ouos equipamentos de aquisição de dados.
  17. 17. 16 Em todos eles, o sinal elétrico produzido é proporcional à quantidade físicaque se pretende medir de acordo com uma relação prévia estabelecida, em termosde campo de medida, amplitude do sinal de saída, sensibilidade, estabilidade,linearidade e etc. A figura 4 mostra um esquema de transdutor elétrico para digital. Figura 4 – Esquema de um transdutor elétrico.5.2.2 Condicionamento de Sinal Os sinais elétricos gerados nos sensores e transdutores muitas vezesnecessitam ser convertidos numa forma apropriada para o equipamento deaquisição, particularmente para o conversor analógico-digital (A/D), que convertesinais elétricos em códigos digitais que podem ser processados e armazenadospelos computadores. O condicionamento de sinal também é o elemento funcionalresponsável pela alimentação de energia, essencial para que muitos transdutorespossam operar. As principais tarefas do condicionamento de sinal são: filtragem, amplificação,linearização, isolamento e alimentação. Na figura 5, apresenta-se um exemplo decondicionamento de sinal consistindo na amplificação do sinal elétrico original e suafiltragem para eliminar o ruído elétrico. Figura 5 – Exemplo de condicionamento de sinal: amplificação e filtragem.
  18. 18. 175.2.3 Equipamento de Medição O hardware de medição é o responsável pelas entradas e saídas de sinais nacadeia de medida. Assim, ele pode executar qualquer uma das seguintes funções: • Entrada, processamento e conversão para o formato digital, usando conversores digitais, de sinais analógicos provenientes do meio de medição. Os dados após convertidos são transferidos para o computador para visualização, armazenamento ou análise; • Entrada de sinais digitais que contêm informação acerca de um sistema ou processo; • Processamento, conversão para um formato analógico, utilizando conversores analógicos de sinais digitais do computador para controle de processos; • Saída de sinais de controle digitais. Os equipamentos de medição existem em diversas plataformas provenientesde diversos fabricantes, podendo dividir-se em placas de inserção que são ligadasdiretamente no interior dos computadores e sistemas exteriores de comunicação,como podem ser vistos na figura 6. Figura 6 – Exemplo de equipamentos de medição e conversores digitais.
  19. 19. 185.2.4 Software de Medição e Aquisição de Dados Os equipamentos de aquisição de dados não funcionam sem software, pois éele que transforma o sistema numa aquisição completa de dados, visualização econtrole do sistema. As aplicações desenvolvidas são executadas no computador sobre umsistema operacional ou operativo que pode permitir apenas que uma aplicação sejaexecutada independentemente como é o DOS, ou em sistemas operativos como oWindows, Unix, OS2, que permitem que mais do que uma aplicação seja executadasimultaneamente. Existem diversos tipos de softwares disponíveis para aquisição de dados,desde os específicos para determinadas aplicações a plataformas dedesenvolvimento de aplicações de alto nível e baixo nível. Estes tipos de ferramentas apresentam um enquadramento gráficopreviamente definido, permitindo desenvolver programas para adquirir os sinaisrecebidos pelo equipamento de aquisição, transformando-os para as grandezaspretendidas, seja temperatura, seja pressão ou outra.5.2.5 Computador O computador utilizado pode influenciar de modo preponderante a velocidadeà qual se pretende adquirir os dados e como tal a precisão, processamento earmazenamento dos dados. Existem diversos fatores na arquitetura do computador que afetam osparâmetros referidos anteriormente, tais como o tipo de processador, as placas deexpansão disponíveis, tempo de acesso ao disco rígido, utilização de acesso direto àmemória e etc. Todos estes fatores tornam-se extremamente relevantes quando sepretende efetuar leituras com elevadas transferência de dados.
  20. 20. 196 CONTROLE ESTÁTICO DE PROCESSO6.1 Definição O Controle Estatístico de Processos (CEP - Static Control Process) é umaferramenta de qualidade utilizada nos processos produtivos e de serviços, comobjetivo de fornecer informações para um diagnóstico mais eficaz na prevenção edetecção de defeitos e problemas nos processos avaliados, consequentemente,auxiliando no aumento da produtividade e resultados na empresa, evitandodesperdícios de matéria-prima, insumos, produtos e etc. Posteriormente o CEP trará menos re-trabalho, aproveitando melhor osrecursos disponíveis e o bem estar dos funcionários, que passarão a trabalharmelhor e com metas específicas para cada área. Estes recursos podem ser usadostanto numa grande empresa como na mais simples delas, tendo como característicacomum, o uso de uma ferramenta gráfica e pessoas capacitadas para analisarcriticamente os resultados obtidos pela implementação.6.2 Aplicação O controle estatístico do processo tem como idéia base que um processo,para ser “excelente”, deve respeitar uma variação controlada e dentro de padrões,possibilitando a garantia da qualidade do produto por meio do controle de seuprocesso produtivo, possibilitando que a inspeção por atributos tenha maior eficáciae que a qualidade possa ser monitorada, principalmente, durante a produção. De acordo com Shewart (1931) apud Irwin (1965), o operário é perfeitamentecapaz de compreender, observar e controlar o que esta sendo produzido, por isso,foram desenvolvidas técnicas para tal. Foram introduzidos, por exemplo, osconceitos de controle estatístico de processos e de ciclo de melhorias contínuas. Aoexecutar sua atividade, o operário inicia o processamento e deve observar asvariações. Se essas variações forem estatisticamente aleatórias, o processo está“sob controle”, e essa variação é devida as “causas comuns”. Se apresentarem,porém, um viés sistemático, existe alguma “causa especial” que provoca a variação,
  21. 21. 20a qual pode ser identificada e eliminada. Causas comuns são as que fazem parte danatureza do processo, sendo responsáveis pela variabilidade natural do processo(GRAÇA, 1996). Causas especiais, por sua vez, são as causas específicas,acidentais e imprevisíveis que geralmente afetam uma determinada operação damáquina, operador ou período de tempo (GRAÇA, 1996). O uso das cartas de controle oferece diversas vantagens como ferramenta decontrole da qualidade: são relativamente simples de serem elaboradas, podendoficar a cargo do próprio operador de um equipamento ou executor de um serviço;permitem um ajuste contínuo do processo, mantendo-o sob controle; oferecem umavisão gráfica do andamento do processo e permitem avaliar a sua capacidade. Alémdisso, o seu custo é geralmente inferior ao de uma inspeção por amostragemexecutada no produto acabado (IRWIN, 1965). Infelizmente, segundo Grant & Leavenworth (1972), a maioria das inspeçõesdentro de uma fábrica de manufaturados costuma usar atributos para classificarseus produtos. Essa classificação trás apenas dois resultados: aceito ou rejeitado (oque irá gerar refugo e retrabalho). Geralmente, essas medições são realizadas viainspeção visual, calibradores passa-não-passa, painéis de testes, dentre outrosmétodos (PALADINI, 1995). Segundo a classificação de Owen (1989), este é umsistema de controle dito detectivo, e seu maior objetivo é definir se um determinadoproduto ou lote, já produzido, deve ou não ser aceito. O mesmo autor tambémclassifica os sistemas de controle como preventivos, os quais são um conjunto deatividades de controle das condições do processo, visando evitar que sejamproduzidos produtos defeituosos. Para esse sistema, uma das técnicas maisutilizadas é o CEP. Na figura 7, podemos identificar as etapas envolvidas na operacionalizaçãodo controle estatístico de processos.
  22. 22. 21 Rotina Coleta de dados Cálculo dos limites de controle Melhoria Avaliação da Ação local estabilidade do Ação sobre as processo causas especiais Avaliação da Ação no sistema capacidade do Ação sobre as processo causas comuns Figura 7 - Estratégia para melhorias no controle estatístico de processos. O estudo da capacidade dos processos, por sua vez, é um procedimento quesegue o estudo das cartas de controle. Somente após a eliminação das causasespeciais, avalia-se se o processo é capaz de atender às especificações de umadeterminada característica de qualidade.
  23. 23. 227 COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO7.1 Definição O Comando Numérico Computadorizado (CNC - Computer Numeric Control) éum equipamento eletrônico capaz de receber informações por meio de entradaprópria, compilar estas informações e transmiti-las em forma de comando àmáquina, de modo que esta, sem a intervenção do operador, realize as operaçõesna seqüência programada.7.2 Aplicação O tempo de produção de uma peça pode ser dividido em algumas etapascomo: tempo de corte, tempo de movimentos transversais, tempo de carga edescarga e tempo de troca de ferramenta. Para cada um deles acontece umprocesso de tratamento seja do bem ou do insumo. A participação dos computadores nos processos de comandos numéricosaconteceu como necessidade da velocidade na operação possibilitando assim ummaior dinamismo na execução das rotinas. Também se pode observar que apossibilidade de recolocar hardwares com custos elevados com alguns controlescomplexos em softwares mais flexíveis e baratos possibilitando assim uma economiaa empresa na execução de rotinas inovadoras. O uso dos computadores no processo numérico tem permitido ao usuário umsistema amigável, com funções bastante poderosas e de uso simplificado. Em todosos tipos de CNC o programa se utiliza de recursos de interpolações, aceleração,desaceleração, contadores todos esses visando à manipulação da peça, contagem,velocidade de produção e outros meios. Observa-se também a facilidade em correção de processos, já que é feito usode computador, ficando mais simples a reconstrução de um algoritmo do que areestruturação de um equipamento, muitas vezes grande e denso.
  24. 24. 23 Podemos dividir os CNC em dois equipamentos sendo dispositivos eletrônicose circuitos digitais. Cada um desses sistemas utiliza-se da conversão de sinaiselétricos para movimentos mecânicos que são nomeados drivers, bem como algunsequipamentos de retorno, feedback para controle do que foi e como foi produzido.7.3 Vantagens A introdução do CNC na indústria mudou radicalmente os processosindustriais. Curvas são facilmente cortadas, complexas estruturas com trêsdimensões (3D) tornam-se relativamente fáceis de produzir e o número de passosno processo com intervenção de operadores humanos é drasticamente reduzido. OCNC reduziu também o número de erros humanos (o que aumenta a qualidade dosprodutos e diminui o retrabalho e o desperdício), agilizou as linhas de montagens etornou-as mais flexíveis, pois a mesma linha de montagens pode agora ser adaptadapara produzir outro produto num tempo muito mais curto do que com os processostradicionais de produção.
  25. 25. 248 SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE DISTRIBUÍDO8.1 Definição O Sistema Digital de Controle Distribuído (SDCD - Distributed Digital ControlSystem) é um equipamento da área de automação industrial que tem como funçãoprimordial o controle de processos, de forma a permitir uma otimização daprodutividade industrial, estruturada na diminuição de custos de produção, melhoriana qualidade dos produtos, precisão das operações, segurança operacional, entreoutros. Ele é composto basicamente por um conjunto integrado de dispositivos quese completam no cumprimento das suas diversas funções - o sistema controla esupervisiona o processo produtivo da unidade. Utilizam-se técnicas deprocessamento digitais (discreto) em oposição ao analógico (contínuo), com oobjetivo de proporcionar uma manutenção no comportamento de um referidoprocesso na planta da indústria, dentro de parâmetros já estabelecidos. O sistema é dotado de processadores e redes redundantes e permite umadescentralização do processamento de dados e decisões, através do uso deunidades remotas na planta. Além disso, o sistema oferece uma interface homem-máquina, que permite o interfaceamento com controladores lógicos programáveis,equipamentos de comunicação digital e sistemas em rede. É através das unidadesde processamento, distribuídas nas áreas, que os sinais dos equipamentos decampo são processados de acordo com a estratégia programada. Estes sinais,transformados em informação de processo, são atualizados em tempo real nas telasde operação das salas de controle.8.2 Aplicação SDCD são sistemas dedicados, usados no controle de processos demanufatura de natureza tanto continua quando orientada por lotes, como porexemplo, refino de petróleo, petroquímicas, usinas elétricas, farmacêuticas, indústriade alimentos e bebidas, produção de cimento, metalurgia e indústria de papel.
  26. 26. 25 SDCD são conectados a sensores e atuadores e usam controle por setpointpara controlar o fluxo de material através da planta. Um dos exemplos mais comunsde sistema de controle por setpoint consiste em um sensor de pressão, controlador eválvula de controle. A medida de pressão é enviada ao controlador, quando o valormedido alcança certo ponto, o controlador induz a válvula ou atuador a abrir oufechar ate que a pressão atinja o valor do setpoint. Grandes refinarias de petróleopodem ter vários milhares de pontos de I/O e empregar SDCD bastante amplos. Osprocessos não se restringem ao fluxo fluídico através de canos, mas pode seestender a maquinas de fabricação de papel e sua velocidade, centros de controlede motores, fornos de clinquerização de cimento, operações de mineração,processamento de minério, entre muitos outros. Um SDCD típico consiste em controladores digitais distribuídos por função oulocalização geográfica, capazes de executar de 1 ate 256 funções de controle emuma caixa de controle. Os dispositivos de I/O podem estar inclusos no controladorou remotos, através de uma rede. Os controladores contemporâneos possuem altacapacidade computacional, e além de controle proporcional, integral e derivativo(PID), geralmente podem realizar controle continuo e seqüencial. SDCD podem empregar uma ou mais estações de trabalho (PCs, porexemplo) e podem ser configurados através delas ou de outro PC. Comunicaçãolocal é realizada através de uma rede de cabo de par trançado, coaxial ou de fibraóptica. Um servidor e/ou processador de aplicações pode ser incluso no sistemacom o intuito de adicionar capacidade computacional extra assim como de coleta dedados e de gerar relatórios.
  27. 27. 269 CÉLULA FLEXÍVEL DE MANUFATURA9.1 Definição Sistema Flexível de Manufatura (FMS - Flexible Manufacturing Cell),apresentada por Kaltwasser (in SEVERIANO FILHO, 1995), são sistemas deprodução altamente automatizados, capazes de produzir uma grande variedade dediferentes peças e produtos usando o mesmo equipamento e o mesmo sistema decontrole. Já Slack ET al. (2002) afirma que os FMSs combinam diferentestecnologias em um sistema único, e apresenta a seguinte definição: “umaconfiguração controlada por computador de estações de trabalho semi-independentes, conectadas por manuseio de materiais e carregamento de máquinasautomatizadas”.9.2 Aplicação Para esclarecimento do tema, vamos observar o seguinte cenário: Ocomprador entra em uma loja para adquirir um veículo e logo é bombardeado pelovendedor com várias perguntas, qual o carro? Cor? Motor? Acessórios? Banco?Direção? E outras, mas o porquê dessas perguntas? É observado no mercado que os sistemas de produção em massa têmadquirido uma grande progressão nos meios de produção, mas um viés para omercado são os produtos produzidos com características individuais que variam deacordo a necessidade do cliente. O primeiro sistema flexível a ser implantado não é certeza, mas algunsestudiosos abordam esse tema referenciando-se a indústria inglesa de máquinas-ferramentas Mollins por volta de 1968. Desde a década de 60, os sistemas flexíveistêm-se tornados mais sofisticados. Nos sistemas flexíveis de manufatura, o processo lógico para execução dastarefas continua sendo, armazenamento, operação, transporte e inspeções.
  28. 28. 27 Os sistemas flexíveis possibilitam uma maior utilização das máquinas,redução da quantidade de máquinas no pátio da empresa, redução da dimensão dafábrica, uma maior velocidade de resposta as mudanças, menor necessidade deestoque, redução da mão de obra direta e uma maior produtividade.9.2.1 Armazenamento As atividades de armazenamento, também podem ser automatizadasutilizando-se robôs com capacidade para tal função. Na verdade o processodependeria do humano apenas na manipulação e ordenação dos insumos e/ouprodutos finais, tendo em vista que a exata disponibilização do bem seria realizadapela máquina. O maior problema durante esse processo é a quantidade de variáveisenvolvidas no processo. Todos os processos são interligados e possibilitam aoarmazenamento saber da necessidade antes de a mesma existir. Figura 8 – Ligação de processos em uma célula de manufatura.
  29. 29. 28 Na figura acima, observamos como a ligação entre os processos, permite aotransportador saber a necessidade de insumo de produção bem como a saída doproduto e que o CNC de armazenamento, possa saber o que está chegando e qualsua necessidade de espaço para o armazenamento daquele bem.9.2.2 Operação É durante a operação, que as peças ou insumos de produção, adquirem valor,ou seja, passam a obter valor agregado. Muitos desses processos são realizadosatravés de um sistema flexível de manufatura. Na linha de produção, por exemplo, um torneiro foi realocado para atividadede carregamento e descarregamento de máquina, porém quando se fala de umsistema de manufatura automático, ainda seria necessária a alimentação etransporte de todo/tudo material utilizado/produzido de forma automática. O conjunto formado pelo torno, robôs, homens, dispositivos e acessórios é umexemplo de célula de manufatura.9.2.3 Transporte No sistema flexível de manufatura, o sistema de transporte também épensado. Grandes empresas utilizam robôs chamados AGVs, que nada mais são doque carros sobre rodas. Eles realizam a função de ter um suporte para cargacomposto por mecanismo de elevação, correntes, correias ou simplesmente porroletes.
  30. 30. 29 Figura 9 – Exemplo de sistemas de transporte nas FMS. Também existem os RGVs são veículos guiados por trilho, normalmente oscontroles desses veículos são mais simples uma vez que sua trajetória é única e ospróprios trilhos que dizem o caminho a ser traçado.9.2.4 Inspeção O processe de inspeção a depender do bem produzido, pode ser um dos queirá demandar uma melhor e mais cara implementação para automação. Algumas máquinas utilizadas no mercado fazem uso de sensores seguindoum programa pré-definido com os parâmetros utilizados como corretos.Normalmente os são manipulados por máquinas de medição e tornos e esses temde estar conectados para que seja possível a correção ou redirecionamento da peçaou bem produzido. Também na linha de produção existem tornos com sistemas deinspeção próprios, o que possibilita o auto-ajuste da peça à medida que vai sendoproduzida.
  31. 31. 3010 CONCLUSÃO Um sistema de controle de chão-de-fábrica, como visto, é composto porcomponentes de hardware e software. O hardware pode estar na forma de robôs,máquinas ferramentas, dispositivos de manuseio de material, cotroladores lógicosprogramáveis e computadores. O software inclui programas de controle em temporeal, programas para escalonamento, programas de controle numérico, e programaspara robôs. Estes dois componentes, software e hardware, são importantes nabusca de uma nova geração de controladores e na melhoria do seu desempenho nochão-de-fábrica. Controladores Lógico Programáveis (CLPs) têm sido usados como elementocontrolador de chão-de-fábrica na maioria das aplicações automatizadas [LAR89].Entretanto, devido à grande quantidade e diversidade de informações necessáriasnos sistemas de manufatura modernos e à complexidade e limitação da forma deprogramação dos CLPs, surgiu a necessidade de busca por novas alternativas decontrole. A utilização de computadores de propósito geral para controlar sistemas demanufatura tem crescido à medida que o preço dos computadores tem decrescido.Cada vez mais o controle de chão-de-fábrica está utilizando estações de controlecomputadorizadas. Entre as soluções utilizadas encontram-se computadorespessoais (PC), supermicros (VAX), superminis e computadores especiais. Acredita-se que a disponibilidade de uma nova geração de controladores de chão-de-fábricapoderia ter um efeito significativo na melhoria deste tipo de controle [LAR89]. Estanova geração de controladores deveria apresentar características de:interconectividade e funcionalidade dos computadores de propósito geral. Ocomponente software tem uma participação muito importante na efetivação dessamelhoria. O desenvolvimento de sistemas de controle de chão-de-fábrica representahoje um dos maiores problemas na criação de indústrias de manufatura flexívelautomatizadas ou semi-automatizadas. Uma boa parcela desta dificuldade pode seratribuída aos altos custos envolvidos no desenvolvimento e manutenção do softwarede controle e à dificuldade de se conseguir definir a forma de integração dossistemas de chão-de-fábrica [SMI92]. Os dispositivos de produção, como robôs,
  32. 32. 31máquinas ferramentas e outros equipamentos de produção, assim como oscomputadores e redes de comunicação, geralmente são encontrados com facilidade.Entretanto, o software de controle necessário para a implementação de um sistemade controle flexível e integrado destes equipamentos não está prontamentedisponível. Estes sistemas normalmente são multidisciplinares envolvendoconhecimento não só em manufatura mas também em programação decomputadores, análise e especificação de sistemas, e redes de computadores. Porexemplo, estima-se que o custo de desenvolvimento do software no caso desistemas flexíveis de manufatura gira em torno de 40% a 60% do seu custo total[AYR89]. O software de controle, considerado como o kernel das estações de controle(controladores), tem sido desenvolvido de forma altamente específica e necessitamudar sua forma de desenvolvimento para atender as rápidas mudanças queocorrem em termos de requisitos e ambiente nestes sistemas. Atualmente existemtrês opções para a obtenção do software de controle: comprar do fornecedor dosistema de controle, utilizar consultores ou desenvolver o seu próprio software decontrole [LIN94]. A compra de pacotes prontos implica normalmente na necessidadede adaptação dos mesmos à aplicação desejada, sendo que esta adaptação édificultada pela ausência de padrões de interface e funções nos pacotes. A utilizaçãode consultores demanda a seleção de consultores qualificados, a preparação de umcontrato e a monitoração do projeto. A alternativa de desenvolver o software naprópria empresa esbarra na falta de especialistas em engenharia de softwarecapazes de tratar um projeto complexo. Tanto a compra de pacotes quanto autilização de consultores representa custos altos, sendo que somente as grandesempresas têm condições de investir. Neste caso, a definição de uma estrutura queauxilie no desenvolvimento do software para sistemas de controle de chão-de-fábrica pode representar uma boa possibilidade para as pequenas e médiasempresas, as quais passariam a poder desenvolver seus próprios sistemas decontrole de chão-de-fábrica. Grande parte dos problemas encontrados no desenvolvimento de softwarepara sistemas de controle decorrem da falta de um modelo (arquitetura) adequadopara tratar as necessidades envolvidas na geração de software de controle genérico
  33. 33. 32para sistema de chão-de-fábrica. Por exemplo, os esquemas de controle sãopredominantemente proprietários e inflexíveis, arquiteturas são baseadasprincipalmente em monoprocessadores dedicados causando grandes problemas deintegração e re-projeto quando da necessidade de adicionar novos elementos.Diante desse quadro, arquiteturas de controle têm sido desenvolvidas na busca deestabelecer uma estrutura padrão para sistemas de manufatura controlados porcomputador e reduzir os custos de desenvolvimento do software [McL86] [MEY86][BOU91]. Os modelos adotados incluem uma abordagem hierárquica sequencial ecentralizada para o processo de desenvolvimento do sistema [DUA93].Considerando a natureza hierárquica dos grandes sistemas, o modelo convencionalde construção do controle envolve o uso de uma abordagem top-down centralizadaonde, primeiro se define a estrutura global do sistema e, em seguida, oscomponentes são refinados. Embora esta abordagem forneça uma ferramenta derepresentação útil para muitos sistemas, ela apresenta alguns problemas notratamento das características dinâmicas de um sistema. Primeiro, o modelocentralizado não é o mais adequado para representar atividades paralelas esimultâneas dos sistemas de chão-de-fábrica devido às restrições que o modeloimpõe no que diz respeito à autonomia das entidades controladas. Segundo, vistoque a centralização do controle exige a participação da entidade controladora emcada decisão, o sistema torna-se menos flexível. Terceiro, a centralização docontrole faz com que o sistema de controle seja mais dependente de aplicação eajustado para configurações específicas, não fornecendo meios para uma rápidareconfiguração do sistema. Na necessidade de mudanças envolvendo as máquinasou os requisitos de produção, o modelo de controle perde a sua validade econsequentemente o software tem de ser reconstruído. Esta limitação implica emcustos adicionais na modelagem do sistema assim como no desenvolvimento dosoftware.
  34. 34. 3311 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASWIKIPEDIA. Chão de fábrica. Disponível em:<http://pt.wikipedia.org/wiki/Ch%C3%A3o_de_f%C3%A1brica>. Acesso em: 15 set.2011.ABREU, Gabriel. Aplicação de sistema de chão-de-fábrica para controle daprodução de produtos semi-acabados. São Carlos, 2008. Disponível em:<http://www.tcc.sc.usp.br/tce/disponiveis/97/970010/tce-09042010-114245/?&lang=br>. Acesso em: 15 set. 2011.JUNIOR, Nilson. Contribuições ao projeto de sistemas de informação de chãode fábrica utilizando redes de petri coloridas. Curitiba, 2007. Disponível em:<http://www.produtronica.pucpr.br/sip/conteudo/dissertacoes/pdf/NilsonBastosJr.pdf>. Acesso em: 15 set. 2011.WIKIPEDIA. Controle estático de processos. Disponível em:<http://pt.wikipedia.org/wiki/Controle_estat%C3%ADstico_de_processos>. Acessoem: 15 set. 2011.ROSANELI, Alexandre. O controle estatístico de processo e as ferramentas daqualidade. Instituto Racine, 2010. Disponível em: <http://www.racine.com.br/portal-racine/alimentacao-e-nutricao/qualidade-de-alimentos/o-controle-estatistico-de-processo-e-as-ferramentas-da-qualidade>. Acesso em: 15 set. 2011.ALVES, Pedro; NEUMANN, Carla; RIBEIRO, José. Etapas para implantação decontrole estatístico do processo: um estudo aplicado. Ouro Preto, 2003.Disponível em: <http://www6.ufrgs.br/epr/upload/artigos/ArtigoCEP.doc>. Acessoem: 15 set. 2011.SABER ELETRÔNICA. Produtos / instrumentação. Disponível em:<http://www.sabereletronica.com.br/secoes/leitura/831>. Acesso em: 15 set. 2011.
  35. 35. 34SERRANO, L. M. V., et al. Sistemas de aquisição, processamento earmazenamento de dados. Disponível em:<http://www.spmet.pt/Comunicacoes/Luis_Serrano.pdf>. Acesso em: 15 set. 2011.CONTROLADOR lógico programável. Disponível em:<www.demec.ufmg.br/port/d_online/diario/Ema105/clp.doc>. Acesso em: 15 set.2011.BOARETTO, Neury. Sistemas supervisórios. Joinville, 2008. Disponível em:<http://www.joinville.ifsc.edu.br/~neury/Apostila%20SIstemas%20Supervisorios.doc>. Acesso em: 15 set. 2011.SANTOS, Hugo. Desenvolvimento de um supervisório modular para uma célulaflexível de manufatura. Florianópolis, 2007. Disponível em:<http://www.grima.ufsc.br/dissert/DissertHugoGaspar.pdf>. Acesso em: 15 set. 2011.INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA PARAÍBA.Sistemas flexíveis de manufatura. Disponível em:<http://www.coinfo.cefetpb.edu.br/professor/ilton/tron/tele2000/autoa18.pdf>. Acessoem: 05 set. 2011.UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Sistemas de manufatura e estratégias deprodução. Disponível em:<http://sites.poli.usp.br/d/pmr2202/arquivos/PMR2202_Aula_L2.pdf>. Acesso em: 05set. 2011.CNC TECNOLOGIA. O que é controle numérico. Disponível em:<http://www.cnctecnologia.com.br/oque.htm>. Acesso em: 11 set. 2011.YOUTUBE. CNC - controle numérico computadorizado. Disponível em:<http://www.youtube.com/watch?v=v3WKj4Ovhl0>. Acesso em: 11 set. 2011.
  36. 36. 35ZEILMANN, R.P. Comando numérico computadorizado cnc. Disponível em:<http://www.slideshare.net/adorepump/comando-numrico-computadorizado-cnc-presentation>. Acesso em: 11 set. 2011.SITUAÇÃO atual do controle de chão-de-fábrica. Disponível em:<http://www.eps.ufsc.br/teses96/friedrich/cap1/capitulo1.htm>. Acesso em: 11 set.2011.

×