TÍTULO: INDÚSTRIA 4.0: IMPLEMENTAÇÃO DE UM SISTEMA CYBER FÍSICO EM MOLDES DE INJETORAS DE TERMOPLÁSTICOS
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: FACULDADE DE JAGUARIÚNA INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): PAULO HENRIQUE MOURA DE SOUZA AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): SILVIO JOSÉ CAVALLARI JUNIOR ORIENTADOR(ES):
COLABORADOR(ES): BRUNO MANOEL, ROBERT BOSCH COLABORADOR(ES):
1. RESUMO
A indústria 4.0 ou quarta revolução industrial, consiste no processo de digitalização do sistema produtivo moderno. Atualmente, verifica-se a transição entre a terceira revolução industrial que foi marcada pela introdução dos robôs, componentes eletrônicos e as TIC (Tecnologias da informação e comunicação), para a quarta revolução industrial. Nesse contexto, são empregadas novas tecnologias revolucionárias, sobretudo sistemas os cyber físicos que são a união do mundo virtual com o real através de sensores, automação, robótica e inteligência artificial, tudo isso está conectado a uma rede chamada internet das coisas que é responsável por integrar todas as etapas do processo e disponibilizar essas informações em tempo real, assim, o ambiente fabril torna-se mais flexível, confiável e barato. O presente artigo registra a implementação de uma tecnologia inovadora para o armazenamento de dados de uma máquina injetora de termoplásticos. Para isso, foi instalado um contador de ciclos que grava as informações de funcionamento da máquina e os envia pelo cabo para outro dispositivo chamado press module. Após, os dados são transmitidos sem fio para o gateway (roteador) que por sua vez os envia a nuvem pela internet para o acesso remoto, logo há descentralização na tomada de decisão.
Palavras chave: cyber físico, implementação, indústria 4.0, quarta revolução industrial. 2. INTRODUÇÃO
Uma revolução é determinada por sua habilidade de promover mudanças radicais na estrutura social, política e econômica de uma nação. No contexto industrial, houveram três grandes revoluções que antecederam o advento da indústria 4.0. Tudo isso começou na Inglaterra com a criação máquina movida ao vapor em 1792 com o objetivo de automatizar o processo produtivo de tecidos através de teares mecânicos. Além disso, essa tecnologia foi amplamente empregada em diversos setores da indústria e também serviu de combustível para barcos, carros e trens (TENÓRIO, 2010).
A segunda revolução industrial foi marcada pela criação da lâmpada incandescente em 1879 pelo cientista americano Thomas Alva Edison. Consequentemente, sua invenção possibilitou a consolidação da estrutura de iluminação pública e privada além
estimular o uso de energia elétrica nas indústrias. Ainda, o desenvolvimento do motor de combustão interna por Nikolaus August Otto, impulsionou a utilização do petróleo e seus derivados a fim de atender a demanda crescente por produtos manufaturados. Ademais, nesse período surgiu o conceito de racionalização do trabalho por Frederick Taylor e o sistema produtivo em massa por Henry Ford (TAYLOR, 1987).
A terceira revolução industrial também conhecida técnico-científico-informacional, iniciou-se no período após a segunda guerra mundial e foi caracterizada pela introdução de componentes eletrônicos nas máquinas com o propósito reduzir a participação humana em processos produtivos, sobretudo, em etapas repetitivas. Desse modo, os CLP’s (Controladores Lógicos Programáveis), robôs e as TIC (Tecnologias da Informação e Comunicação) são responsáveis por tornar os processos mais eficientes, eficazes e integrados para produzir e distribuir os bens de consumo com qualidade e com um custo competitivo. (DIEESE, 1994).
Além disso, o Sistema Toyota de Produção, vulgo Toyotismo, surgiu nesse período de pós-guerra japonês e foi baseado no modelo de fabricação em massa de Henry Ford. Porém, com o direcionamento para completa eliminação de todos os desperdícios. Isso ocorreu porque uma das consequências da guerra foi a escassez de recursos, portanto o país precisava ser competitivo a nível internacional mesmo sofrendo com os resultados deste conflito. No atual contexto, a humanidade vivencia um período de transição entre a terceira revolução industrial e a quarta revolução industrial, ou melhor, indústria 4.0. Esse termo é utilizado para descrever a completa integração entre o que é físico (Máquinas, equipamentos, ambientes, móveis) com os softwares, surge então o conceito de ambiente cyber físico. (DELOITTE, 2014).
Para tanto, são utilizados recursos tecnológicos como: automação industrial, robótica e sensores que coletam diversos dados sobre a cadeia produtiva e de distribuição. Dessa maneira, torna-se possível o monitoramento em tempo real da fábrica bem como a tomada de decisão descentralizada. Isso ocorre porque uma cópia da indústria está disponível no ambiente virtual e todas as informações podem ser acessadas remotamente. Entretanto, para que isso aconteça é necessário uma conexão entre o ambiente físico e o virtual bem estruturada. (KOCH et al., 2014).
Por consequência, as TIC (Tecnologias da Informação e Comunicação), especialmente a internet das coisas, são fundamentais para indústria 4.0 porque tornam possível a comunicação entre os processos de forma instantânea. Assim sendo, as máquinas que já possuem autonomia devido ao uso de inteligência artificial e robótica, tornam-se capazes de tomar decisões mais eficazes que levam em conta impacto de suas decisões no resultado final da organização, assim, há mais efetividade. (SCHWAB, 2016).
Aliás, essa capacidade do ambiente cyber-físico em tomar decisões de forma autônoma é caraterizada como fábrica inteligente e faz parte do processo de digitalização
da indústria que de acordo com GOMES (2016) “é a fase em que as máquinas, baseadas
em sistemas cyber-físicos, começam a tomar decisões de quando ligar, desligar ou de quando acelerar ou reduzir a produção no ambiente da manufatura”.
3. OBJETIVO
Portanto, o objetivo dessa pesquisa é documentar a implementação de um sistema cyber físico que permite o acesso remoto das informações produtivas dos moldes de máquinas injetoras de termoplásticos. Para isso, foi instalado um dispositivo no molde para coletar os dados de produção além de um sistema de comunicação sem fio que recebe essas informações em tempo real e as envia pela internet para a nuvem.
4. METODOLOGIA
Para atender o objetivo da pesquisa realizou-se um levantamento bibliográfico com publicações nos últimos anos sobre os conceitos fundamentais da indústria 4.0 com ênfase em sistemas de fabricação. Posteriormente, foi realizado um estudo de caso para evidenciar o processo de instalação dos dispositivos que constituem o ambiente cyber físico em uma máquina injetora de termoplásticos. Esse estudo foi fundamental para contextualização, compreensão e organização do tema para a produção do texto científico.
5. DESENVOLVIMENTO
As TIC (Tecnologias da Informação e Comunicação) cumprem um papel essencial na indústria 4.0 uma vez que permitem a comunicação simultânea dos processos entre
si, mormente a internet das coisas (IoT), essa tecnologia consiste na integração entre o ambiente físico (máquinas, móveis, dispositivos), ou seja, todos os objetos existentes no ambiente, inclusive o próprio ambiente faz parte da rede. Desse modo, torna-se possível a conexão entre o mundo real e o virtual, isto é um ambiente cyber físico. Nesse contexto, as informações ficam disponíveis em tempo real ou podem ser enviadas para a nuvem, isso permite acesso remoto dos dados, portanto determinações são realizadas mesmo sem a presença física no local, assim a tomada de decisão torna-se descentralizada. (SCHWAB, 2016).
Para a implementação de um sistema cyber físico em uma máquina injetora de termoplásticos foi realizada primeiramente a instalação de um contador de ciclo (figura 1) Esse dispositivo registra toda a atividade do molde e apresenta as informações relevantes na tela e relatórios abrangentes quando conectado a um computador. Além disso, o contador de ciclos é ideal para atender necessidades como: Comprovar e assegurar a correta aplicação do molde fabricado pela ferramentaria, facilitando assim a concessão da garantia e ter um controle preciso de tempos de ciclo e de peças produzidas para empresas que terceirizam a injeção.
Figura 1 Contador de ciclos
As informações coletadas pelo contador de ciclos são enviadas via cabo USB para o press module (figura 2). Esse dispositivo age como um nó na rede e envia os dados registrados para o gateway (figura 3)
Figura 2 Press module
O Gateway (figura 3) está localizado no pavilhão instalado em uma coluna próxima a injetora. Desse modo, os dados são recebidos do press module através de uma transmissão de rádio frequência e posteriormente são enviados para nuvem a cada 15 minutos utilizando a conexão com a internet através de um chip de celular comum. A partir disso, os dados estão disponíveis para acesso remoto e em tempo real.
Figura 3 Gateway
6. RESULTADOS
As informações coletadas por esses dispositivos são enviadas para a nuvem e apresentadas em formas de gráficos. Esse software permite a visualização dos dados de maneira rápida e eficiente. Além disso, torna-se possível verificar quantidade de moldes conectados (figura 4), status da manutenção preventiva (figura 5), tempo de ciclo das ferramentas (figura 6) e a eficiência dos moldes (figura 7).
A identificação dos aparelhos conectados na rede é realizada por um número de série. Portanto, existe a necessidade de alimentar o sistemas com as informações básicas do molde, como por exemplo: número de identificação ou nome do molde, tempo de ciclo, eficiência quantidade de turnos e horários. Sendo assim, é possível também observar a quantidade de peças produzidas por hora/dia/mês (figura 8).
Fonte: www.live.cvemonitor.com (2017) Fonte: www.live.cvemonitor.com (2017)
Fonte: www.live.cvemonitor.com (2017) Fonte: www.live.cvemonitor.com (2017)
Figura 4 Quantidade de moldes conectados
Figura 5 Status da manutenção preventiva
A quantidade de ciclos permite a identificação de paras para reparos de manutenções corretivas além de enviar alertas referentes as datas de realização da manutenção preventiva. Desse modo, é possível estabelecer uma quantidade de ciclos adequadas para realizar a manutenção preditiva e preventiva. Por sua vez, o melhor monitoramento reduz custos e aumenta a confiabilidade do processo como pode ser observado no tempo de ciclo vs ciclo (figura 9).
A eficiência do molde é calculada pela relação entre o tempo efetivo de produção pelo tempo não produtivo (troca de turno, liberação do molde, refeição), também é levado em consideração o tempo de parada planejada. Assim, tudo isso é informado ao cadastrar a ferramenta no sistema para o monitoramento da eficiência (figura 10).
Figura 8 Quantidade x Data
Figura 9 Tempo de ciclo x Ciclo
Fonte: www.live.cvemonitor.com (2017)
Fonte: www.live.cvemonitor.com (2017) Figura 10 Eficiência x Data
7.CONSIDERAÇÕES FINAIS
Portanto, a instalação do sistema cyber físico, sobretudo o contador de ciclo, demonstrou-se como uma forma eficiente de investimento no monitoramento do processo de injeção de termoplásticos. Assim sendo, o gateway pode ser utilizado por outras máquinas que possuem o contador de ciclo e o press module porque é capaz de essas receber O sistema cyber físico permitiu o monitoramento em tempo real, portanto auxiliou na identificação dos itens que influenciam na produtividade. Dessa maneira, os dados foram apresentados em forma de gráficos, assim os desvios são encontrados com mais precisão e tratados com mais eficiência. Além disso, as manutenções tornaram-se mais fáceis porque há um registro sólido do desgaste da ferramenta. Isso ocorre porque os dados da quantidade produzida, tempo de ciclo e eficiência estão disponíveis em tempo real para análise e ação corretiva ou preditivainformações de diversas máquinas ao mesmo tempo e envia-las para nuvem, isso reduz o custo para instalação e funcionamento dessa tecnologia no restante das máquinas da produção.
Ademais, a utilização desse recurso tecnológico auxilia na redução de custo pois permite o monitoramento constante do desgaste do molde, assim torna-se possível prever o melhor momento para realizar a reposição de peças, manutenção e melhorias. Além disso, os alertas do software permitem com que as informações de manutenção sejam acessadas para garantir que o molde funcione de acordo com a expectativa. Tudo isso resulta em uma melhor eficiência, vida útil do molde e gestão do conhecimento acerca do funcionamento e problemas da máquina.
Desse modo, os recursos inovadores como esse são a base da indústria 4.0, através do investimento tecnológico é possível atingir níveis de produtividade nunca observados anteriormente. A quarta revolução industrial, melhor dizendo, indústria 4.0, fundamenta-se no acesso remoto das informações. A partir disso é possível tomar decisões à distância para reduzir o tempo de reposta aos problemas. Assim, a produção torna-se mais flexível, barata e confiável. Por isso indústria 4.0 é considerada uma revolução industrial, pois é capaz de promover mudanças radicais na estrutura social, política e econômica da humanidade.
8. FONTES CONSULTADAS
CONTADOR DE CICLOS ELETRÔNICO. Disponível em:
http://www.casafer.com.br/produto-4754-Monitor+de+Moldes+CVe acesso em: 26 de junho, 2017.
DELOITTE. Industry 4.0 Challanges and solutions for the digital transformation and use of exponential Technologies. Disponível em:
<https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/ch/Documents/manufacturing/
ch-en-manufacturing-industry-4-0-24102014.pdf>. Acesso em: 12 de junho de 2017.
DIEESE. Trabalho e reestruturação produtiva: 10 Anos de Linha de Produção. São Paulo: DIEESE, 1994.
GATEWAY. Disponível em:
http://www.casafer.com.br/produto-5372-Gateway+para+CVe+Live. Acesso em: 26 de junho, 2017.
GOMES, J. ENTREVISTA: Brasil pode criar a Indústria 4.0 verde e amarela, 4 fev. 2016. Disponível em: http://www.portaldaindustria.com.br/cni/imprensa/2016/02/1,81595/ entrevista-brasil-pode-criar-a-industria-4-0-verde-e-amarela.html Acesso em: 12 de junho de 2017.
KOCH, V.; KUGE, S.; GEISSBAUER, R.; SCHRAUF, S. Industry 4.0: Opportunities and challenges of the industrial internet. Stratety and Company, 2014.
PRESS MODULE. Disponível em: http://www.casafer.com.br/produto-5371-Press+Module+para+CVe+Live acesso em: 26 de junho, 2017.
SCHWAB, K. A Quarta revolução industrial. Edipro. São Paulo. 2016.
TAYLOR, Frederick Winslow (1987). Princípios de administração científica. São Paulo: Atlas.
TENÓRIO, FERNANDO G. A unidade dos contrários: fordismo e pós-fordismo. Revista de Administração Pública. Rio de Janeiro, RJ, 2010.
