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18/03/2016

Máquinas inteligentes precisam de engenharia inteligente

Quer você chame isto de Internet das Coisas (IoT), Indústria 4.0, ou de era da máquina digital, está claro que estamos entrando em uma nova revolução industrial. No mercado de máquinas industriais, o impacto de novas tecnologias verá a manufatura computadorizada – com linhas de produção mais inteligentes, mais conectadas e com máquinas mais complexas. Neste artigo, a Siemens explica como esta e outras tendências indicam que o setor de fabricantes de máquinas precisa de novas formas de trabalho que são mais colaborativas, versáteis e flexíveis. Resumindo, na era de máquinas mais inteligentes, a maneira como estas máquinas são projetadas, construídas e entregues tem que ser mais inteligente também. 

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Máquinas Touching

Até o momento, interfaces e controles de máquinas têm sido um pouco ‘robustos’. Mas com o avanço tecnológico, os clientes estão interessados em interfaces que são muito mais intuitivas, como sistemas touch-screen que necessitam de mínimo treinamento e permitem maior controle sobre a máquina. Isto requer o desenvolvimento de software mais avançado – outro fator que aumenta a complexidade do projeto da máquina. 

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Clientes exigem mais

Aqueles de nós que carinhosamente recordam a franquia do filme O Exterminador do Futuro lembrarão a cena do Exterminador do Futuro 2, em que um projetista da Cyberdyne Systems percebe que as máquinas se tornaram autoconscientes. Enquanto não estamos no ponto de ‘singularidade’ ainda, as máquinas estão se tornando mais inteligentes com a capacidade de fazer mais coisas automaticamente. Veja uma linha de produção de perfume. As máquinas já estão disponíveis para que possam trabalhar de forma autônoma e contínua, alterando os conteúdos de frascos, e seus rótulos, baseadas em instruções de trabalho digital. 

No futuro, as máquinas também se tornarão parte de uma linha de produção integrada – utilizando sensores, conectadas na internet – para fornecer dados em tempo real do progresso da produção e o seu próprio status. Por exemplo, as máquinas serão capazes de monitorar seu status, incluindo variáveis como temperatura, desempenho hidráulico e níveis de pressão. Elas irão auto sinalizar anomalias aos engenheiros que poderão corrigir o problema antes que se torne um grande e caro mau funcionamento. Dados coletados das máquinas serão parte de um amplo ecossistema de dados com tecnologia como atuadores, sensores, câmeras de vídeo wireless e leitores RFID em plantas fornecendo informações contínuas da linha de produção. Este dado, analisado e processado na nuvem, dará melhor inteligência operacional em que pessoas – e máquinas – poderão tomar melhores decisões. Enquanto estes desenvolvimentos são bem vindos, para empresas fabricantes de máquinas, eles aumentam maciçamente a complexidade. Em particular, software avançado – com milhões de linhas de código – é necessário para controlar as máquinas, com o aumento do conteúdo de software nas máquinas tendo crescido “até 45% entre 1970 e 2010¹”. 

A complexidade é aumentada, também, pela demanda de fabricantes. Em mercados chaves – de automóveis a bens de consumo – as pessoas querem produtos cada vez mais customizados. E produtos customizados exigem de máquinas customizadas para fazê-los, com clientes que cada vez mais especificam máquinas que demandam projeto sob medida. Na verdade, os dias de projetar, construir e fornecer um modelo padrão de máquina, com um longo ciclo de vida, estão diminuindo. 

Além dessas questões, a agenda ambiental juntamente com a mudança dos padrões de segurança, significa que a legislação é um alvo em movimento. Para cumprir estas demandas, as configurações da máquina precisam ser alteradas com maior frequência. Em adição, a ascensão de fabricantes em economias de baixo custo significa que a globalização está aumentando a pressão sobre a margem.

Com estas questões em mente, como uma indústria, precisamos encontrar uma maneira de fazer as coisas de forma diferenciada. Precisamos lidar com o crescente aumento da complexidade da máquina, encontrar eficiências para reduzir custos e ser mais flexível – projetar, desenvolver e construir  máquinas de forma mais ágil e acelerada. Em resumo, precisamos avançar mais na engenharia de máquina avançada.
 
Fazendo máquina de maneira mais inteligente

A base da engenharia avançada é uma plataforma digital que hospeda todo o trabalho do projeto, permitindo a colaboração entre as equipes, e armazena e cataloga todo o trabalho, garantindo que o IP possa ser facilmente reutilizado. Mover para um sistema unificado, projetado para o ciclo de vida do projeto da máquina, permite aos construtores de máquina darem três passos importantes que melhoram os processos de produção:

1.    Adotar projeto mecatrônico: Utilizando sistemas de princípios de engenharia, os requisitos do cliente podem ser rastreados durante todo o tempo, das discussões inicias até o projeto concluído. É importante ressaltar que o software está possibilitando a criação de modelos funcionais mais avançados. O modelo fornece uma estrutura comum para disciplinas mecânicas, elétricas e de automação para trabalharem juntas em paralelo. Por exemplo, projetistas mecânicos podem utilizar modelos de conceito para o projeto detalhado; projetistas elétricos podem utilizar os dados do modelo para selecionar os melhores sensores e atuadores para cada máquina; e projetistas de automação podem aplicar dados de sequência operacional ou excêntricos a partir dos modelos para desenvolver o software. 

Operador executa o programa CNC no controlador Siemens.
Imagem: Divulgação

2.    Engenharia por demanda: A digitalização do gerenciamento do projeto também suporta uma mudança para o projeto modular – utilizando o software para quebrar as especificações do cliente em partes discretas que podem ser trabalhadas separadamente. Estes módulos poderão ser reutilizados e, consequentemente, reduzir o número de ciclos do projeto requerido para construir uma nova máquina. Esta abordagem também reduz questões de custo e tempo que surgem quando clientes especificam uma máquina ad hoc.

As máquinas estão se tornando mais complexas com componentes
elétricos, mecânicos, hidráulicos e pneumáticos.
Imagem: Divulgação

3.    Comissionamento virtual: Possivelmente a área mais interessante na evolução do projeto da máquina é a criação de ‘máquinas virtuais’. Completo e detalhado, cópias virtuais digitais 3D de máquinas podem agora ser construídas para projeto, teste e comissionamento de novos produtos. Projetos conceitos podem ser construídos rapidamente e o software tem a capacidade de simular o efeito de variáveis como gravidade, fricção e o desempenho de sistemas elétricos, fluidos e pneumáticos. O modelo também pode ser conectado a controles no mundo físico para trazer o hardware para o ciclo do processo de projeto. Nosso software se conecta com uma vasta gama de controles de diferentes fornecedores e suporta a simulação no chão de fábrica do Controle Lógico Programável (PLC). O uso do comissionamento virtual ajuda a tornar o ciclo de desenvolvimento mais eficiente ao permitir testes para iniciar antes que uma máquina tenha sido construída. Isto auxilia a identificar problemas mais cedo no processo, assim evitando problemas não identificados causando atrasos caros posteriormente pela linha. 

Modelos virtuais são agora capazes de comissionamento
mecatrônico, assim testes físicos das máquinas podem
ser minimizados. / Imagem: Divulgação

Economia de tempo da engenharia

Clientes nos contam que estão utilizando ferramentas de Gerenciamento do Ciclo de Vida do Projeto (PLM) com as funcionalidades descritas a cima e estimam que o tempo de desenvolvimento seja reduzido entre 20% e 30%. A economia vem especialmente da reutilização do IP e do uso de modelos virtuais que tornam mais fáceis projetar, testar e comissionar máquinas. Por exemplo, a equipe que está projetando o software PLC pode ser entregue um projeto conceitual para o rápido início da programação deles e eles podem iniciar a simulação do desempenho do software deles muito mais cedo (na fase conceitual) para evitar erros e facilitar bastante o processo de projeto do software. Isto integra perfeitamente o trabalho de diferentes grupos e cria alertas quando uma alteração em um projeto de uma área pode ter implicações em outros locais. Esta integração melhorada pode também economizar um tempo considerável. 

Como as máquinas estão se tornando mais conectadas e autônomas, seu projeto e construção apenas aumentarão em complexidade. Para criar estas máquinas avançadas, software avançado é necessário: software que é dedicado à tarefa na mão e que, através de ferramentas de colaboração intuitivas e interfaces, torne isto mais fácil, mais rentável e mais rápido para construir as máquinas customizadas de hoje e de amanhã.

[¹] VDMA 

CONTEÚDO DE RESPONSABILIDADE DO ANUNCIANTE

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As informações e opiniões veiculadas nesse artigo são de responsabilidade exclusiva do autor e não representam a opinião do Grupo CIMM.

Siemens PLM

Perfil do autor

A Siemens PLM Software, uma unidade de negócios da Siemens Digital Factory Division, é líder no fornecimento global de software e serviços de gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM) e de software de gerenciamento de operações de manufatura (MOM), sistemas e serviços com mais de 9 milhões de licenças e mais de 77 mil clientes em todo o mundo.


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