A Integração de Tecnologias
Avançadas de Manufatura em Ambiente de Ensino de Engenharia.
Jefferson Frasnelli Ribeiro (UNIMEP) - jfribeir@unimep.br Antonio Fernando Godoy (UNIMEP) - afgodoy@unimep.br
Milton Vieira Júnior (UNIMEP) - mvieira@unimep.br Resumo
Este artigo apresenta a integração de Sistemas CAD/CAM e Centros de Usinagem CNC aplicados a ambientes de ensino de engenharia. Em um dos ambientes (sala de aula) estão instalados os recursos computacionais necessários para o desenvolvimento do projeto; em outro ambiente (Laboratório) encontra-se o Centro de Usinagem. Estes dois ambientes estão interligados através de rede local. Para realizar essa integração, desenvolveu-se o projeto de peças em um Sistema CAD, num Sistema CAM traçaram-se as Estratégias de Usinagem e as respectivas Programações NC. Estas informações foram enviadas ao Centro de Usinagem através da rede local. O acompanhamento da execução da usinagem se deu inicialmente "in loco", porém a proposta é de que o acompanhamento possa ser feito na própria sala de aula, através de imagens captadas por uma câmera de vídeo. Assim, simula-se uma situação de integração da manufatura com Engenharia de Produto, Engenharia de Processos e a planta fabril. Os resultados desta integração estão sendo utilizados para avaliar o desempenho e possíveis melhorias deste sistema, denominado de Tecnologias Avançadas de Manufatura (AMT's), e ainda a sua utilização pelos alunos dos cursos de Engenharia da UNIMEP, em especial Engenharia de Controle e Automação e Engenharia de Produção.
Palavras Chaves: AMT's , Integração da Manufatura, Competitividade
1- Introdução
Os avanços tecnológicos na manufatura, se deram a partir da necessidade das empresas se adequarem ao novo cenário econômico que surgiu nos últimos anos. Antes do advento da globalização, os mercados consumidores eram tidos como “mercados domésticos”, cuja exploração pelas empresas, era feita de forma a satisfazer somente os interesses destas. Os consumidores eram vistos como meros clientes obrigados a aceitarem aquilo que lhes eram oferecidos. O cenário era caracterizado pela produção em massa, com o objetivo de minimização de custos relativos as preparações e adaptações. Qualidade era sinônimo de preços altos (Ostrenga, 1993). Com a globalização, esses mercados foram sendo fragmentados e explorados por empresas de outras economias. Dessa forma, os consumidores puderam sentir o prazer em poder escolher os produtos que julgassem ser de melhor qualidade com um menor preço. Outra característica do novo mercado foi à preferência dos consumidores por grandes variedades de produtos. Assim, para garantir a competitividade e conseqüentemente a sobrevivência nesse novo cenário de uma economia bastante competitiva, as empresas foram obrigadas a investirem em desenvolvimento tecnológico com o objetivo de flexibilizar a produção, atender rapidamente as mudanças exigidas pelo mercado, reduzir o tempo e custos com preparações de máquinas, melhorar o desempenho das entregas, reduzir o ciclo de fabricação, etc. Enfim, investir em toda a reestruturação necessária para o desenvolvimento de
novos produtos, visando qualidade e preços competitivos. Assim, como nunca antes utilizada, a manufatura tem agora um papel crucial na produtividade de qualquer empresa, onde esta assume uma importância significativa no novo mercado competitivo. Portanto, o novo cenário que surge é o da economia de escopo, onde as chamadas Tecnologias Avançadas de Manufatura (AMT’s) ganharam grande destaque (Sambasivarao and Deshmukh, 1995; Chen and Small, 1996). A implantação das AMT's cresceu muito nos últimos anos, conforme pode ser visto no levantamento feito em uma macro região industrial, compreendida pelas cidades de Piracicaba-Campinas-Sorocaba (Godoy et al., 2001).
Analisando de forma ampla, o mercado atual é marcado pela extrema competitividade, seja entre as próprias empresas ou entre os profissionais que nelas desejam atuar. Dessa forma, é de vital importância para a formação dos futuros engenheiros o contato com esses sistemas tecnológicos através da integração que este artigo descreve. Para a Instituição de Ensino, está iniciativa representa um enriquecimento na qualidade pedagógica dos cursos oferecidos, tornando-se uma “vantagem competitiva” em relação às demais instituições.
2- Tecnologias Avançadas de Manufatura
O progresso na sociedade humana é, e sempre foi dado, graças à criação de novas tecnologias. A palavra tecnologia vem do grego téchne, arte + logos (www.priberam.pt/DLPO), tratado que traz como teoria geral e estudos especializados sobre procedimentos, instrumentos e objetos próprios de qualquer técnica, arte ou oficio.
Assim, Tecnologias Avançadas de Manufatura (AMT’s), retratam a variedade de tecnologias que utilizam base computacional e/ou microeletrônica para controlar e/ou monitorar processos de manufatura (hardware), bem como armazenamento e/ou manipulação de dados e informações (software). O elemento humano nesse tipo de tecnologia entra, obviamente, no controle das informações (Jonhson, 2000; Beaumont et al., 2002).
Toda manufatura exige, seja ela avançada ou não, a coexistência entre esses três elementos (hardware, software e homem). O que as diferem é a proporção nas quais são aplicadas.
Contudo, nota-se que o termo AMT's possui uma maior abrangência, que transcende a aplicação em hardware e software. Esta engloba também filosofias empresarias e administrativas que visam à melhoria contínua dos processos e a eficiência das técnicas de produção.
Dessa forma, as AMT’s podem ser classificadas em três grades grupos, como é mostrado na tabela 1. Essa tabela apresenta somente alguns dos tipos de AMT's, obtidos tanto a partir dos resultados de pesquisa bibliográfica (Burcher and Lee, 1999; Cagliano and Spina, 2000; Gerwin and Kolondy, 1992), como também dos resultados de pesquisa de campo (Small and Yasin, 1997; Godoy et al., 2001).
As AMT’s têm potencial para melhorar drasticamente a performance de operação e criar oportunidades vitais para empresas que forem capazes de implementá-las e gerenciá-las corretamente.
Entretanto, a mera aquisição e instalação dessas tecnologias não garantem que todos os potenciais benefícios serão alcançados. A adoção e implementação das AMT’s devem seguir procedimentos, e alterações no nível administrativo, para que sejam alcançados os resultados que estas podem trazer.
Os benefícios que as Tecnologias Avançadas de Manufatura podem trazer, são classificados em duas categorias (Schroder and Sohal, 1999; Small, 1995):
• Benefícios Tangíveis – são benefícios que podem ser mensuráveis, que facilmente são quantificáveis, que entre outros, geram reduções de custos, reduções de tempo e otimizações.
• Benefícios Intangíveis – são benefícios que dificilmente são quantificáveis, devido ao seu caráter intrínseco, pois atuam na organização, na flexibilidade e competitividade da empresa.
Software Hardware
CAD - Computer Aided Design CNCM - Computer Numeric Control Machines Tools CAM - Computer Aided Manufacturing IR - Industrial Robots
CAE - Computer Aided Engineering AMHS - Automated Material Handling Systems CAPP - Computer Aided Process Planning AS/RS - Automated Storage/Retrieval Systems CIM - Computer Integrated Manufacturing RP - Rapid Prototiping
CNC - Computer Numeric Control AGV - Automatic Guided Vehicles DNC - Direct Numeric Control FMS - Flexible Manufacturing Systems
Técnicas de Gestão de Produção
SPC – Statical Control Process GT - Group Technology
JIT - Just-in-Time
FMEA - Failure Mode and Effects Analysis TQM - Total Quality Management
FAS - Flexible Assemble Systems TQC - Total Quality Control
Tabela 1 – Tipos de AMT’s.
O caráter intrínseco dos Benefícios Intangíveis das AMT’s pode ser atribuído à vasta utilização desta tecnologia pelas diversas áreas, como projeto, manufatura e atividades administrativas.
A tabela 2 (UDO and Ehie, 1996) apresenta uma relação desses benefícios.
3- Estudo de Caso
O trabalho foi conduzido, inicialmente, pela exploração dos recursos disponíveis do Sistema CAM (EdgeCAM V6.75). Pôde-se notar que este apresenta basicamente dois módulos de atuação, um para operações de torneamento e outro para fresamento. Assim, foi estabelecido, que inicialmente seria elaborado um projeto para execução num Torno CNC e um segundo projeto para um Centro de Usinagem. O critério utilizado para tal ordem, foi devido à maior facilidade de operação do módulo de torneamento.
Dessa forma, foi elaborado no Sistema CAD (Solid Edge V10) o projeto da primeira peça, sendo esta esquematizada pela figura 1.
Benefícios Tangíveis. Benefícios Intangíveis.
Melhoria da Produção Melhoria da Vantagem Competitiva
Redução dos Custos de Inventário Adaptação para produtos de ciclo de vida curto Redução nos Tempos de Preparação (set-up) Desenvolvimento para habilidades Administrativas Redução dos Tempos de Alimentação e Descarga Melhor Controle de Peças
Baixo Custo com Dispositivos Imagem de Líder no uso de Novas Tecnologias Redução da Taxa de Refugos Aumento da Flexibilidade
Redução de Espaço em Chão de Fábrica Melhoria no Controle da Manufatura Redução dos Custos de Mão-de-Obra Melhoria nas Condições de Trabalho
Redução do Volume de Retrabalho Resposta Rápida à Mudanças do Projeto ou Processo Melhoria do Retorno Sobre o Lucro Habilidade de Introduzir Rapidamente Novos Produtos
Resposta mais Rápida à Quebra de Máquinas
Melhoria do Tempo de Respostas a Variações da Demanda Melhoria na Qualidade do Produto
Tabela 2 – Benefícios das AMT’s.
Este projeto serviu como base para que, através do sistema CAM, fosse traçada toda a estratégia de usinagem (figura 2), sendo esta adequada para obter maior otimização do processo. O reconhecimento, pelo Sistema CAM, da geometria da peça elaborada pelo Sistema CAD, se dá através de um protocolo estabelecido no desenvolvimento do Sistema CAM; assim, este já vem configurado para se comunicar com determinados tipos de Sistemas CAD. Traçada toda a estratégia, o Sistema CAM possibilita uma simulação da usinagem programada, podendo através desta identificar possíveis problemas quanto a colisões e erros na estratégia, viabilizando assim as correções necessárias. O próximo passo então, foi a geração da programação NC, que o próprio Sistema CAM se encarregou de fazer automaticamente.
Houve um problema na interface entre o Sistema CAM e o Torno CNC, pois o pós-processador utilizado pelo Sistema CAM na geração da programação NC estava configurado para trabalhar com o comando SIEMENS, e o Torno CNC foi fabricado pela Romi com comando Mach 8. Contudo, apenas algumas alterações se fizeram necessárias.
Devido ao Torno CNC (Centur 30RV – ROMI. Comando Mach 8) não possuir placa Ethernet para comunicação via rede, a programação teve que ser gravada num disquete e levada até um computador acoplado ao Torno para que essas informações pudessem chegar até o comando do equipamento. Antes da usinagem propriamente dita, foi realizado ainda um teste em vazio para garantir a integridade do Torno.
Concluída esta etapa, um novo projeto foi elaborado, sendo este para ser executado no Centro de Usinagem (Discovery 760 – ROMI. Comando SIEMENS). O projeto no Sistema CAD está representado pela figura 3.
Figura 1 – Projeto da Primeira Peça pelo Sistema CAD.
Figura 2- Estratégia de Desbaste do Primeiro Lado da Peça.
Este também serviu como base para a definição da estratégia de usinagem (figura 4) que, da mesma forma que no caso anterior, foi estruturada para obter maior otimização do processo. A programação NC foi gerada pelo Sistema CAM, sendo que esta não sofreu grandes alterações posteriores por se tratar da comunicação já configurada, ou seja, pós-processador para Centro de Usinagem com comando SIEMENS. Esta programação foi possível ser enviada pela rede, pois o Centro de Usinagem possui uma placa de comunicação Ethernet, possibilitando assim que uma pasta na memória da máquina, pudesse ser acessada para o armazenamento do programa. Da mesma forma que a anterior, um teste em vazio foi executado antes do processo de usinagem.
Para esses dois primeiros projetos não foi necessária a utilização da câmera de vídeo, pois toda a integração se deu a partir de ambientes próximos, Sala de Aula e o Laboratório.
O próximo passo a ser realizado inclui a integração do Laboratório com a Sala Ambiente; trata-se de uma sala de aula informatizada, com toda infra-estrutura necessária e utilizada para aulas ministradas pela Universidade. O Laboratório e a Sala Ambiente estão localizados em prédios distintos, sendo ligados pela rede do campus, surgindo assim a necessidade da câmera de vídeo.
Figura 4 – Estratégia de Usinagem do Segundo Projeto. 4- Análise dos Resultados
A integração entre os Sistemas CAD e CAM mostrou-se eficaz, pois as geometrias foram reconhecidas sem qualquer problema. Contudo, é necessário dedicar mais atenção quanto aos eixos de referência, pois para o módulo de torneamento a geometria só será identificada quando o eixo x (cor azul) estiver voltado para o interior da peça, ou seja, quando este trabalhar apenas com valores positivos em suas coordenadas. Para o módulo de fresamento,
uma sugestão é projetar a peça com suas referências planejadas para coincidirem com o zero do sistema feito na referenciação da máquina, facilitando assim a formulação da estratégia da usinagem.
Já a integração entre o Sistema CAM e o Torno CNC também mostrou-se eficiente, pois atendeu aos requisitos para os quais foi projetada. Mesmo quando se fez a integração do Sistema CAM com o comando do Torno CNC, os problemas apresentados não afetaram a estratégia no que tange ao deslocamento da ferramenta; foram necessárias apenas correções no cabeçalho de definição inicial dos parâmetros da máquina.
No caso da comunicação com o Centro de Usinagem, a programação foi utilizada na sua totalidade, sendo necessário apenas correções quanto ao desligamento do sistema de refrigeração; para a usinagem foi utilizado um corpo de prova em resina ao invés de material metálico, não necessitando portanto da refrigeração que é programada automaticamente pelo pós-processador do sistema CAM.
Quanto à utilização da câmera de vídeo, esta deverá ser avaliada a partir da integração do Laboratório de Automação da Manufatura e da Sala Ambiente, devendo ser observado o comportamento da mesma quanto à definição da imagem, e ainda a possível existência de atraso da imagem no momento do seu envio para a Sala Ambiente, o que pode atrapalhar a confiabilidade da integração do sistema.
5- Conclusão
A comunicação entre os Sistemas CAD/CAM e os Equipamentos Controlados Numericamente pode ser considerada eficiente com base nos resultados obtidos. Contudo, esta integração se faz necessária a partir do momento em que se possuem peças complexas, onde a programação manual seria um trabalho demorado ou até mesmo impossível, e ainda para modificações constantes para atender rapidamente às mudanças exigidas pelo mercado. Já a integração em ambientes distintos só se justifica a partir do momento em que este sistema esteja inserido num processo totalmente automatizado, possibilitando que quando uma programação seja enviada ao Centro de Usinagem, um sistema supervisório viabilize a alimentação da máquina por um manipulador ou braço mecânico com a respectiva matéria-prima, sendo que após a usinagem a peça seja retirada e levada à continuidade do processo produtivo. Esta aplicação exige também o desenvolvimento de novos projetos e alterações dos já existentes a partir da definição de famílias de produtos, na qual estes devem utilizar basicamente a mesma matéria-prima, no seu dimensionamento, e possuir a mesma base de referenciação.
Assim, esse sistema pode atingir os benefícios que dele se espera e certamente podem ser obtidos a partir de uma implementação e gerenciamento devidamente estabelecido, coordenado e aplicado.
Bibliografia
BEAUMONT, Nicholas; SCHRODER, Richard; SOHAL, Amrik. Do Foreign Owned Firms Manage Advanced Manufacturing Technology Better?. IJOPM, Caulfiel East, v.22, n.07, p. 759-771, Julho.2002.
BURCHER, Peter; LEE, Gloria. Lessons for Implementing AMT: Some Case Experiences with CNC in Australia, Britain and Canada. IJOPM, Victoria, v.19, n.5/6, p.515-526, Maio/Junho. 1999.
CAGLIANO, Raffaella; SPINA, Gianluca. Advanced Manufacturing Technologies and Strategically Flexible Production. JOM, Milan, v.18, n.02, p.169-190, Fevereiro. 2000.
CHEN, I. J.; SMALL, M. H. Planning for Advanced Manufacturing Technology. International Journal of Operations & Production Management. 16(5), 4-24, 1996.
GERWIN, Donald; KOLODNY, Harvey. Management of Advanced Manufacturing Technology: Strategy, Organization and Innovation. 1. ed. New York: John Wiley & Sons Inc., 1992
GODOY, A F.; PIRES, S. R. I.; COSTA, N. R.; MÉDICE, M. Inserção de Tecnologias Avançadas de Manufatura no Interior de São Paulo: Um Estudo de Caso. In: XXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 2001, Salvador
JONHSSON, Patrik. An Empirical Taxonomy of Advanced Manufacturing Technology. IJOPM, Vaxjo, v.20, n.12, p.1446-1474, Dezembro. 2000.
MECHLING, George W.; PEARCE, James W. Exploint AMT in Small Manufacturing Firms for Global Competitiveness. IJOPM, Carolina do Norte, v.15, n.2, p.61-76,Fevereiro.1995.
OSTRENGA, M. R. et al. O Ambinete de Negócios Mudou: as informações de custo devem mudar. In: Gestão Total de Custos. Rio de Janeioro, Record, 1993. Cap. 1.
SAMBASIVARAO, K.V.; DESHMUKH, S.G. Selection and Implementation of Advanced Manufacturing Technologies: Classification and Literature Review of Issues. IJOPM, Nova Deli, v.15, n.10, p. 43-62, Outubro.1995.
SCHRODER, Richard; SOHAL, Amrik S. Organizational Characteristics Associated with AMT Adoption: Towards a Contingency Framework. IJOPM, Victoria, v.19, n.12, p.1270-1291, Dezembro. 1999.
SMALL, Michael H. Planning for Advanced Manufacturing Technology: A Research Framework. IJOPM, Tennessee, v.16, n.05, p.4-24, Abril. 1995.
SMALL, Michael H; YASIN, Mahmoud M. Advanced Manufacturing Technology: Implementation Policy and Performance. JOM, Tennessee, v.15, n.04, p.349-370, Novembro. 1997.
UDO, Godwin J; EHIE, Ike C. Advanced Manufacturing Technologies:Determinants of Implementation Success. IJOPM, Missouri, v.16, n.12, p.6-26, Dezembro.1996.
