A automação de processos industriais ajuda as empresas a se tornarem mais eficientes e produtivas, mas nem sempre isso acontece como gostariam. Não é segredo que muitos projetos demoram e custam mais do que o planejado. Quanto maior o plano, maior parece ser o risco de fracasso.
A boa administração pode identificar onde sua planta enfrenta maiores riscos e onde pode colher as melhores recompensas. Com um plano adequado, você pode colocar a empresa na estrada para um futuro mais moderno, rápido e lucrativo. Confira neste artigo tudo o que você quer saber sobre automação industrial.
O que é a automação de processos industriais?
É um arranjo para o monitoramento e controle automáticos do processo industrial para obter os resultados desejados sem intervenções manuais.
Antes de partirmos para a automação, vamos observar o comportamento de um processo sem participação humana ou com participação manual. Imaginemos um simples aquecedor de água.
O objetivo do aquecedor é manter a temperatura da água em um determinado valor. Em um processo sem qualquer intervenção humana, as ações são: ligar o aquecedor e esperar a água esquentar.
A água será aquecida mesmo além da temperatura desejada, e não há maneiras de minimizar fatores internos ou externos. Não há garantia de que em algum momento a água chegará à temperatura desejada.
Com intervenção humana, o processo melhora, mas não muito. O equipamento seria desligado assim que a temperatura chegasse ao valor desejado. Porém, a ação pode acontecer tarde demais: a água poderia primeiro ficar mais quente que o ideal e, logo depois, esfriaria novamente.
Finalmente, um processo automatizado traria os melhores resultados. Ele envolveria um termômetro, um controlador de temperatura e um disjuntor. Juntos em um sistema, os equipamentos trabalhariam para manter a água no nível desejado, da maneira mais eficiente possível.
Além de cumprir um objetivo de forma eficiente (como manter a água na temperatura X), a automação também cumpre outras funções:
- gerenciar processos com elementos nocivos à saúde (tóxicos, radioativos, de alta voltagem etc.), nos quais a intervenção humana seria perigosa ou pouco desejável;
- gerenciar processos repetitivos (como controle de tráfego), nos quais operações contínuas levam à fadiga e ao erro humano;
- gerenciar a abertura e desligamento de plantas industriais e fornos, satisfazendo todas as condições em cada etapa do processo, inclusive nos procedimentos de segurança. Evitando erros e omissões que podem ocorrer quando há intervenção humana;
- gerenciar processos complexos em um tempo muito curto além da capacidade humana, como o controle de tráfego aéreo de um grande aeroporto.
Como funciona a automação de processos industriais?
A automação de processos industriais pede o desenvolvimento de sistemas de automação. Como explica o engenheiro indiano K.L.S. Sharma em seu livro ‘Overview of Industrial Process Automation’, esses métodos envolvem projetar, desenvolver, manufaturar, instalar, encomendar e manter processos, o que exige os serviços de engenheiros de automação qualificados e treinados.
Nos últimos anos, avanços consideráveis ocorreram nas tecnologias de hardware, principalmente em eletrônica e comunicação. Porém, nos sistemas de automação computadorizados, as interfaces do hardware permaneceram praticamente as mesmas — exceto pelo fato de que o controle ficou mais preciso com a disponibilidade de mais memória e a maior velocidade dos processadores.
Por causa disso, muitos aspectos de interface e das funções do hardware foram substituídos pelo software, que não requer equipamentos eletrônicos de interface especiais. Hoje em dia, a operação e o controle completos de processos industriais são feitos por sistemas de automação conduzidos por software. O usuário precisa apenas configurar e customizar o conjunto para cada processo específico.
Quais são os tipos de processos industriais?
Para facilitar seu gerenciamento, os processos industriais são divididos em duas categorias amplas. Eles são classificados como localizados ou distribuídos, de acordo com sua natureza, estrutura ou organização física.
Processos localizados
O processo localizado está presente em uma área física relativamente pequena, com todos os seus subprocessos ou componentes interconectados próximos. Alguns exemplos incluem:
- aquecedor de água;
- ar-condicionado;
- elevador de passageiros;
- lâmpada elétrica;
- motor elétrico;
- semáforo;
- torneira de água.
Processos distribuídos
O processo distribuído é aquele presente em uma área relativamente grande, com seus subprocessos ou componentes interconectados de maneira mais dispersa. Tais etapas compõem uma rede de vários processos localizados distribuídos ao longo de um espaço maior. Para citar dois exemplos simples:
- várias torneiras conectadas a uma fonte de água comum em um prédio. Aqui, a conexão das torneiras se dá pelo encanamento que alimenta a todas. Cada torneira é um processo localizado, enquanto o grupo delas compõe um processo distribuído;
- várias lâmpadas conectadas a uma fonte elétrica comum em um prédio. Da mesma maneira, cada lâmpada é um processo localizado, e o conjunto delas, interconectado por uma fiação comum, forma um processo distribuído.
O processo distribuído trata a rede inteira de processos localizados como uma entidade única. O conceito pode ser estendido para processos geograficamente distribuídos, como redes de abastecimento de água, eletricidade, gás etc. presentes em uma cidade ou região.
Quais são as etapas de um sistema automatizado?
Um sistema de automação típico executa as três etapas de automação de forma sequencial e cíclica: perceber, comparar e agir. Isso serve para corrigir continuamente a operação do processo e produzir de forma consistente os resultados desejados.
Passo 1: Adquirir informação
A aquisição de informação observa o comportamento do processo ao sentir ou medir parâmetros de interesse. Esses parâmetros são chamados de inputs do processo. Alguns exemplos:
- Discreto: informação do tipo “ou um, ou outro”. A informação é o estado atual de alguma coisa. Por exemplo, status do disjuntor (ligado ou desligado), status da válvula de controle (fechada ou aberta);
- Contínuo: a amplitude varia ao longo do tempo. A informação é o índice atual. Exemplos: valor da temperatura, pressão, altura, fluxo etc.;
- Flutuante: variação de um sinal digital, que muda frequentemente. A informação é a flutuação naquele momento. Exemplos: leituras de consumo de energia ou eletricidade.
Passo 2: Analisar informação e tomar uma decisão
Nessa etapa, a informação adquirida é comparada ao resultado desejado. Então, uma decisão é tomada a respeito de novas diretrizes ou comandos que sejam necessários (ou não) para uma correção.
Passo 3: Execução do controle
Na última etapa do ciclo, um comando é enviado ao sistema para fazer qualquer correção na direção desejada. Essas diretrizes são os outputs de comando. Exemplos:
- Discreto: ligar ou desligar o disjuntor, abrir ou fechar a válvula, ligar ou desligar o motor;
- Contínuo: variar a abertura da válvula, variar a voltagem ou tensão de acionamento;
- Flutuante: controle de motor de passo.
Quais são as vantagens de investir na inovação em indústrias?
A automação de processos industriais ajuda as empresas a alcançar qualidade, consistência e uma melhor relação custo-benefício de seus produtos e serviços. Vamos conferir com mais detalhes os principais benefícios da gestão de inovação.
Maior produtividade
Em períodos de alta demanda, muitas empresas contratam centenas de trabalhadores para até três turnos de forma a manter a fábrica rodando pelo maior número possível de horas. Mesmo assim, a planta ainda precisa ser fechada para manutenção e feriados. A automação industrial permite que a fábrica rode 24 horas por dia, 7 dias por semana, 365 dias por ano.
Mais qualidade dos produtos
A automação reduz o erro humano. Ao contrário das pessoas, os robôs não têm necessidades , o que resulta em produtos de qualidade mais elevada e menos desperdício de matéria-prima.
Mais consistência
Um dos critérios mais importantes para uma empresa obter certificações de qualidade do tipo ISO é a consistência, ou seja, entregar produtos com pouca ou nenhuma variação entre uma unidade e outra. A automação ajuda a indústria a realizar seus processos de forma mais consistente, o que vai se refletir na produção.
Maior flexibilidade
Ao contrário do que se pode imaginar, de maneira geral, os robôs são mais flexíveis que os seres humanos, principalmente na linha de montagem. Adicionar uma tarefa nova requer bastante treinamento com funcionários, enquanto um sistema automatizado pode ser programado para qualquer objetivo.
Isso torna o processo industrial mais flexível, aumentando a capacidade de adaptação a novos produtos, materiais e processos.
Maior precisão das informações
Adicionar a produção automatizada de dados permite ao seu negócio coletar informações importantes para a produção, melhorar a precisão dos relatórios, e reduzir custos com a aquisição de dados. A automatização fornece ao seu negócio as melhores informações para tomar as decisões certas para reduzir desperdícios e melhorar processos.
Melhora na segurança
A automação de processos industriais torna a fábrica e a linha de montagem mais seguras. Mais tarefas perigosas, cansativas, repetitivas ou que envolvem materiais perigosos são delegadas a máquinas.
Além disso, os processos automatizados cumprem mais rigorosamente procedimentos de segurança, mesmo durante a madrugada. Isso protege seus funcionários, evita acidentes e reduz riscos de custos com indenizações e ações trabalhistas.
Redução de custos
O investimento inicial associado com a mudança de produção humana para a automática pode ser bem alto. Além disso, existem custos para treinar os funcionários que restarem para lidar com os novos e sofisticados equipamentos.
Contudo, no longo prazo, o investimento se paga. A automação vai aumentar a produtividade, eliminar desperdícios e reduzir custos com folha de pagamento, encargos e treinamentos no futuro. Ela também contribui para a redução de outras despesas, como os associados à troca de produtos defeituosos, compra de insumos para refazer itens e até na conta de luz ou água.
Redução do downtime
O desenho de processos de automação permite que a fábrica se recupere mais rapidamente depois de alguma situação de emergência, ou da necessidade de reconfigurar a planta para atender a novos requisitos legais, por orientação da matriz ou para fazer outros produtos.
Na prática, a redução dessa perda na produção pode ser descrita como diminuição do tempo improdutivo. A manufatura de bens ou serviços aumenta, contribuindo para maior receita e lucros.
Como implementar a automação de processos industriais de maneira simples e eficaz?
Para ser eficaz, a automação exige tanto da gestão administrativa quanto da robótica. Existem vários fatores a serem considerados nessa tarefa, incluindo a escolha de sistemas, seu impacto nos negócios, a coleta de dados, e o retorno sobre investimento (ROI).
Entre os fatores-chave impulsionando a onda de automação hoje estão a redução de despesas e o aumento da eficiência de processos em logística, finanças e contabilidade. Confira abaixo algumas dicas sobre como realizar a automação no seu negócio.
Comece pequeno
A automação pode custar caro, mas você provavelmente já sabe disso. Não se trata apenas de adquirir máquinas ou equipamentos. Leva tempo, dinheiro e requer muito esforço humano para substituir ou redesenhar um chão de fábrica.
Por isso é mais seguro e mais útil começar pequeno na automação de processos industriais. Escolha um processo ou etapa específica que você pretende automatizar e que será altamente proveitoso para todos. Isto permite a você experimentar as vantagens da tecnologia e também fornece a mesma oportunidade para a força de trabalho. Eles ganharão experiência aos poucos ao trabalhar juntos do novo equipamento, o que ajuda a alcançar o melhor desempenho.
Quando você compra maquinário de automação, especialmente aquele para linhas de produção, você não está indo a uma loja e comprando um produto completo. É preciso customizar as escolhas de itens à operação da sua planta. Peças diferentes são ideais para situações distintas, de modo que você precisará fazer uma boa pesquisa de mercado antes de se decidir.
À medida que você e a equipe começam a entender melhor o funcionamento da automação, poderão expandir e, gradualmente, implementar outros processos e ferramentas.
Uma outra opção é terceirizar a automação, ao menos inicialmente. Já existem fornecedores de Robot as a Service (RaaS). Seu negócio essencialmente aluga o equipamento de uma empresa experiente, em vez de comprar.
Identifique oportunidades para a automação de processos industriais
Até onde o processo identificado como prioridade pode ser automatizado? Por sua natureza, algumas etapas são mais adaptáveis e abertas à automação do que outras. Para citar um exemplo do mundo bancário, a automatização é excelente para detectar fraudes e determinar a viabilidade de crédito.
De maneira geral, as máquinas fazem seu melhor trabalho em tarefas repetitivas, que exigem um grande número de cálculos ou que envolvem etapas de segurança, entre outros fatores. Contudo, com o desenvolvimento da inteligência artificial e do machine learning, a variedade de contribuições possíveis vai aumentar.
Vamos retornar ao nosso modelo da automação em três etapas (perceber, comparar, agir). Pense em como essas etapas se aplicam aos processos do seu negócio e como a automação pode contribuir em cada uma delas.
Planeje o crescimento
Se você estiver agora construindo uma planta nova, do zero, essa preocupação tem menor importância. Afinal, haverá maior controle sobre o que vai acontecer. Porém, caso esteja atualizando uma instalação já existente, com hardware legado, precisará reconsiderar algumas fronteiras. Você pretende jogar fora todo o equipamento antigo e começar do zero, ou substituir as máquinas aos poucos? Além disso, como lidará com expansões no futuro?
Com os negócios em expansão, você precisará deixar espaço no chão de fábrica para crescimento no futuro. Não significa deixar partes inteiras do imóvel vazias, mas considerar o que será feito quando novos equipamentos e linhas de produção chegarem.
Quais partes, máquinas e equipamentos seu negócio gostaria de implementar no futuro? Qual a melhor forma de fazer isso? Existe algum requisito operacional, logístico ou elétrico? Será preciso substituir ou instalar determinado equipamento antes?
A montagem de plantas sempre vai ser um processo em múltiplas etapas, portanto, você e a força de trabalho devem estar sempre preparados. Investigue os diferentes maquinários que sua empresa pode precisar, pesquise preços, solicite orçamentos e considere o que deve ser feito para abrir espaço e instalar tais máquinas.
Um equipamento novo pode ser menor do que o atual, abrindo espaço para novas ferramentas — mas o contrário também pode ser verdade. Esteja pronto para acomodar as mudanças.
Planeje a partir dos componentes e principais problemas
Existem vários tipos de equipamentos e maquinários com diferentes características, partes e funções. Observe o que você está fazendo hoje em sua planta e escolha sistemas alinhados a essa funcionalidade.
Isso significa escolher ou desenhar equipamentos e linhas de montagem baseados nos que os componentes oferecem. Você precisará de câmeras, sensores customizados, CLPs (Controlador Lógico Programável), motores ou interfaces?
Descubra o que será necessário consultando seus engenheiros e operários e fazendo uma pesquisa dos sistemas atuais. Eles podem dar dicas sobre o que precisam ou em quais marcas confiam.
Não tenha medo de pensar fora caixa. Ferramentas na internet permitem selecionar, organizar e pesquisar as várias partes que sua empresa precisa para um determinado sistema. A consulta é fundamental para confirmar a compatibilidade de equipamentos de fornecedores diferentes.
Leve em conta a propriedade intelectual dos sistemas desenvolvidos
Você certamente vai trabalhar com um integrador profissional ou uma equipe de sistemas que conhece o hardware e as máquinas que desejadas. Durante o projeto, eles vão colaborar para bolarem uma solução customizada e eficiente conforme as necessidades do seu negócio. Terminado o serviço, esses integradores vão trabalhar com outras empresas na mesma tarefa.
Eles podem tomar emprestado ou reutilizar o design que seu negócio ajudou a criar para ajudá-los no trabalho. Muitas vezes isso não é um grande problema, mas é algo a se considerar. Quem é o dono da propriedade intelectual dos sistemas entregues? Você pretende restringir a reutilização dos desenhos ou planos? Isso precisa ser definido antes, em contratos, garantindo segurança jurídica e vantagens competitivas, e evitando dores de cabeça.
Escolha um modelo de design
Cumpridas as etapas anteriores, escolha o melhor modelo para as necessidades que você identificou. Pode ser necessário redesenhar o processo para maximizar o espaço da automação. Em alguns casos, isso trará benefícios adicionais. Desenhe um plano de automação que se adapte à sua estrutura de negócio.
Como um exemplo de customização de um modelo é possível dividir a tarefa em três etapas: capturar os inputs, construir o código (de programação) correto, e atualizar os sistemas. Se a construção do código é a etapa na qual os desenvolvedores de produto são mais importantes, muito cuidado é necessário nas outras duas etapas.
O processo de captura de informação pode ser redesenhado conforme a avaliação, e a própria atualização dos sistemas também pode ser automatizada. Isso maximizará os retornos em eficiência.
Cuide da documentação
Pouca gente gosta de reunir a documentação exaustiva de qualquer sistema, quanto mais sobre linhas de produção e equipamentos. Contudo, isso é um mal necessário, especialmente se você pretende entregar a gerência algum dia para outra equipe. Essa documentação será fundamental na hora de atualizar ou mesmo consertar o equipamento no futuro.
Uma boa ideia é desenvolver e manter um depósito central de documentação para todos os recursos necessários. De preferência, um sistema em nuvem, que possa ser acessado por funcionários de diferentes departamentos. Felizmente, ao trabalhar com integradores, você pode estabelecer um protocolo adequado para criar e receber documentação, seja em formato digital CAD ou mesmo em papel.
Mantenha os colaboradores engajados
Ninguém ignora que a automação é usada também para reduzir a força de trabalho necessária para o negócio. Contudo, ainda é preciso uma equipe motivada e qualificada para trabalhar junto dos equipamentos, em vez de encará-los como concorrentes.
Como já mostramos, seus engenheiros e operários terão as melhores dicas e sugestões sobre como aumentar a eficiência de processos, reduzir desperdícios e melhorar a produtividade.
Utilize um ERP
Um software de planejamento de recursos da empresa (ERP) é a melhor forma de integrar os diferentes processos do seu negócio, do front office ao chão de fábrica. Ele fornece dados precisos e em tempo real sobre o que está acontecendo em cada departamento e ajuda as equipes a conversarem umas com as outras.
Melhor ainda, o ERP pode ser programado para fazer várias tarefas de forma automática, como realizar uma ordem de compra de matéria-prima sempre que um produto é vendido, impedindo que ele falte no estoque. Vale a pena insistir em uma solução adequada para sua empresa e evitar investir em um ERP grátis.
A automação de processos industriais em breve deixará de ser uma vantagem competitiva para se tornar uma questão de sobrevivência das empresas. Ao seguir as dicas neste artigo para explorar as alternativas nesse mercado, você terá melhores chances de encontrar uma solução adequada às demandas do seu negócio. Uma automação bem-planejada oferece menos riscos e obstáculos, tornando a sua indústria mais eficiente agora e no futuro.
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