Vantagens e Desvantagens de Fábricas Automatizadas de Pequena Escala vs Grande Escala

No ano de 2023, quando uma empresa de fabricação elétrica de médio porte localizada em Gujarat decidiu investir em uma linha de montagem de MCB totalmente automatizada, a gestão estava convencida de que não tinha outra escolha a não ser seguir em frente: ou se tornar tão automatizada quanto seus concorrentes globais para sobreviver como uma empresa capaz de exportar seus produtos ou abrir mão dos contratos de exportação que ajudaram a manter a fábrica viva. Em menos de seis meses, a linha de montagem foi instalada, começou a funcionar e o volume de produção aumentou três vezes, enquanto a taxa de defeitos caiu para menos de 0,1%. O investimento na linha, medido em milhões de dólares, deveria retornar em três anos, desde que houvesse pedidos suficientes para atender. Seis meses após o lançamento da linha de montagem, o principal cliente da empresa reduziu seu volume de pedidos em quarenta por cento. A linha automatizada projetada para um certo nível de produção estava agora operando com pouco mais da metade de seu potencial. As economias de mão de obra foram significativas e relevantes, mas o custo fixo da maquinaria, que incluía depreciação, manutenção e aquisição de peças de reposição, não caiu junto com o volume de produção. O produtor aprendeu a verdade que distingue a automação em pequena escala da automação em grande escala: fábricas significativas podem espalhar um enorme custo fixo entre um vasto volume de produção; pequenas fábricas não conseguem fazer o mesmo. Tomar a decisão sobre automação não se trata de fazer a melhor escolha tecnológica. Trata-se mais de alinhar o tamanho do investimento com a quantidade de demanda, flexibilidade do equipamento e custos de automação.

Resumo: A principal troca entre a pequena planta automatizada e a grande planta automatizada é flexibilidade versus custo por unidade. Uma planta de grande escala faz um investimento fixo significativo em automação de alta velocidade e de propósito único para produzir um produto ou uma faixa estreita de produtos com custos mínimos por unidade — desde que o volume seja suficientemente grande e o design do produto seja estável o suficiente para recuperar o investimento. As vantagens dessa abordagem são um rendimento excepcional e custo por unidade. O lado negativo é a baixa flexibilidade: o produto não pode ser facilmente trocado por outro produto, o volume diminuiu, etc.
Uma pequena planta automatizada, por outro lado, provavelmente investirá em células flexíveis, programáveis ou semi-automatizadas para que possa produzir vários produtos, diferentes volumes e responder às mudanças na demanda, enquanto incorre em um custo mais alto por unidade e requer mais mão de obra do que plantas totalmente automatizadas de alto volume.

Definindo Automação em Pequena Escala e em Grande Escala: O que os Termos Realmente Significam

Antes de comparar os prós e contras, você precisa explicar a terminologia: os termos “pequeno” e “grande” no contexto de fábricas automatizadas não se referem ao tamanho em termos de metros quadrados. Eles se referem ao rendimento da automação, flexibilidade e requisitos de capital. Uma fábrica automatizada grande é aquela que utiliza automação fixa (dura) — ou seja, utiliza linhas de produção dedicadas e de um único propósito que produzem um único item ou uma família de itens em alta velocidade e em grandes quantidades. Exemplos de automação em grande escala incluem a linha de montagem de motores automotivos, a linha de enchimento de bebidas e a linha de calibração e teste de contadores. O fator chave é que a linha é projetada para realizar apenas uma operação, e a realiza de forma muito eficiente, mas você não pode mudá-la uma vez que foi construída. O custo de capital é alto, mas o custo de produção (da unidade), quando a linha está operando em plena capacidade, é muito baixo.

No extremo oposto do espectro está uma fábrica automatizada menor. Nessa circunstância, a automação programável ou flexível é utilizada, onde sistemas e estações são programados para produzir vários produtos com tamanhos de lote menores. Uma máquina CNC que muda números de peças de acordo com o programa de controle, um suporte de calibração semi-automatizado onde o operador coloca diferentes tipos de disjuntores para calibração e uma unidade de produção robótica que pode ser movida entre diferentes estações são alguns exemplos de pequena automação. Comparado a instalações de produção em massa, uma fábrica automatizada menor requer menos capital e seu custo por produto é maior do que o associado à produção em massa, enquanto reduz o volume de saída da instalação, mas, ao mesmo tempo, oferece oportunidades para uma organização se adaptar à demanda proveniente da mudança de produtos produzidos e impactos negativos decorrentes da introdução de novos produtos. Para uma compreensão fundamental das diferentes arquiteturas de automação e como elas se encaixam em diferentes ambientes de produção, nosso guia sobre O que é automação? fornece o contexto mais amplo.

As Vantagens de uma Fábrica Automatizada em Grande Escala

Alguns benefícios mensuráveis sustentam o caso de negócios para automação em grande escala: um dos principais benefícios é o rendimento. Uma linha automatizada opera de acordo com suas especificações 24 horas por dia, pois não tem fadiga, variação ou necessidade de treinamento de pessoal. Novos tipos especiais de linha de calibração e inspeção de MCB que a Benlong Automation produz são capazes de produzir disjuntores calibrados, testados e certificados a cada dois a quatro segundos. Tal rendimento não pode ser alcançado com qualquer processo operado por humanos ou semi-automatizado. Além disso, a previsibilidade do rendimento permite ao fabricante planejar a produção e a entrega.

A seguinte vantagem chave está associada ao baixo custo variável. Isso inclui questões como os custos de depreciação, custos de manutenção e custos de engenharia da máquina, que são divididos entre numerosos produtos. Os custos variáveis incluem mão de obra direta, consumíveis e despesas de energia, que, especialmente quando comparados à produção manual, são realmente baixos. De acordo com a pesquisa da McKinsey & Company, a automação em larga escala resulta em uma diminuição no preço por unidade de 30-60% em comparação com a produção manual, dado que a linha é utilizada em sua capacidade total. A próxima vantagem da automação é a consistência e qualidade. Uma máquina automatizada produz o mesmo – resultado de alta qualidade toda vez. No caso de uma linha totalmente automatizada, todos os parâmetros técnicos estão sendo registrados, desde as configurações de cada disjuntor até os resultados dos testes do produto, bem como os documentos de certificação que foram criados automaticamente.

As Desvantagens de uma Fábrica Automatizada em Larga Escala

As desvantagens da automação em larga escala podem ser vistas como o reverso de seus benefícios, e essas desvantagens podem ser significativas, especialmente quando as circunstâncias que justificam seu uso mudam. Uma das principais desvantagens é a falta de flexibilidade. Uma linha automatizada é projetada para um único propósito — para um produto específico, para uma certa taxa de produção e para certas operações. No caso de quaisquer modificações no produto — uma nova configuração de pinos, um novo padrão de referência ou um novo requisito de marcação — a linha precisa ser redesenhada. As ferramentas, fixações, programação do sistema de visão e lógica de controle precisam ser alteradas, e os custos envolvidos nisso podem ser extremamente altos. No caso de descontinuação do produto, a linha praticamente não tem valor de salvamento — foi construída para esse único propósito e nada mais.

A outra desvantagem é a sensibilidade ao volume. Uma grande linha de produção automatizada envolve altos custos fixos. Os custos fixos incluem depreciação, operações de manutenção, requisitos de espaço e suporte de engenharia. Esses custos não alteram entre um milhão de unidades produzidas e cem mil unidades produzidas. À medida que a taxa de volume se torna menor devido à queda na situação do mercado, a perda de um contrato ou uma interrupção na cadeia de suprimentos, o custo fixo permanece inalterado, o que leva a um aumento no custo por unidade. Isso significa que uma linha com uma taxa de utilização de 90%, que estava indo bem, pode falhar a uma taxa de 50%. Isso foi o que aconteceu com o produtor elétrico em Gujarat e serve como evidência de que tal automação funciona melhor com produtos que têm demanda estável a longo prazo. A terceira desvantagem é a complexidade da manutenção. Grandes linhas automatizadas necessitam de um grupo de engenheiros e técnicos que tenham conhecimento suficiente sobre dispositivos complicados como PLCs, sistemas de acionamento servo, sistemas de visão e sistemas de arquitetura de dados. Uma vez que os sensores falham, ou a calibração do equipamento robótico é violada, ou há problemas com o software, a linha de produção ficará parada até que o problema seja resolvido.

As Vantagens de uma Fábrica de Pequena Escala ou Semi-Automatizada

Automação de pequena escala Células programáveis, equipamentos semi-automatizados e sistemas robóticos flexíveis não significam comprometer o caminho para a escala — é uma abordagem cuidadosa que enfatiza flexibilidade, riscos financeiros minimizados e um tempo mais rápido para o valor. Além disso, a flexibilidade é o principal benefício. Por exemplo, um banco de calibração semi-automatizado pode ser reprogramado para novos disjuntores em poucos minutos usando uma seleção do menu de receitas na interface homem-máquina (HMI). Além disso, uma célula robótica colaborativa pode ser realocada da área de montagem para a área de embalagem em várias horas. O equipamento não é atribuído a um processo de produção específico e pode ser usado em diferentes operações de produção à medida que a produção muda. Tal flexibilidade é extremamente útil para fabricantes que lidam com diferentes séries de produção em pequenos lotes, como fabricantes de equipamentos elétricos que produzem dez tipos de quadros de MCCB ou disjuntores AC e DC no mesmo local.

A segunda vantagem é menor investimento de capital e menor risco. Uma estação semi-automatizada — como a da Benlong bancada de calibração térmica semiautomática — custa uma fração do que uma linha totalmente integrada custa. Ela se paga mais rápido, e se o produto mudar ou o volume cair, o investimento não fica parado. O fabricante pode começar com uma única estação semi-automatizada no passo do processo crítico de qualidade, provar o retorno e adicionar estações adicionais à medida que o volume e a confiança crescem. Essa abordagem faseada reduz o risco financeiro e permite que a organização construa sua competência em automação de forma incremental, em vez de apostar o negócio em um único grande projeto. A terceira vantagem é facilidade de implementação e manutenção. Uma estação semi-automatizada é mais simples do que uma linha totalmente integrada, e pode ser mantida pela equipe de manutenção existente da fábrica com treinamento adicional mínimo. O operador que carrega e descarrega a estação também pode realizar as inspeções diárias e a solução de problemas básica, porque a máquina é projetada para esse nível de interação do usuário. A Benlong Automation projeta seu equipamento semi-automatizado com esse princípio em mente: o HMI é construído para o operador que opera a estação todos os dias, não para o engenheiro que a comissionou.

As Desvantagens de uma Fábrica Automatizada de Pequena Escala

Automação de pequena escala tem suas próprias limitações e entender essas limitações é vital para fazer um investimento informado. A principal desvantagem é que tem um custo por peça mais alto do que um sistema totalmente automatizado que está operando em seu pico. Um banco de calibração semi-automatizado ainda precisa de um operador para carregar e descarregar o disjuntor e o custo do tempo gasto pelo operador se soma a cada unidade produzida. A capacidade de produção é limitada não apenas pelo tempo de ciclo da máquina, mas também pela produtividade e resistência do operador. Uma linha totalmente automatizada produzindo disjuntores a cada três segundos a um baixo custo de mão de obra, quando dois operadores foram contratados para realizar toda a tarefa, é muito competitiva para uma célula semi-automatizada, desde que a capacidade de produção justifique a despesa.

A segunda desvantagem é que a qualidade e os dados são apenas parcialmente automatizados. Um banco de calibração semi-automatizado está sendo usado para realizar a calibração e teste do disjuntor, e para registrar os dados de calibração. Mas mesmo que a operação seja semi-automatizada, o operador que carrega o disjuntor deve determinar a classificação correta do disjuntor, deve garantir que a receita correta foi utilizada e cuida do manuseio do disjuntor desde a calibração até o próximo passo após ter sido calibrado. Cada etapa, portanto, introduz uma possibilidade de erros que podem ser evitados com uma tecnologia de manuseio totalmente automatizada.

Os dados de calibração são gerados, mas o rastreamento do disjuntor a partir da fábrica começa a ser limitado porque depende da qualidade do sistema de dados que liga as estações parcialmente automatizadas. Se não houver conexão de rede entre as estações ou se não houver integração com um MES centralizado, então o rastreamento será fragmentado. A terceira desvantagem é que uma série de estações semi-automatizadas não cria nem uma série de estações compatíveis nem uma linha de produção automatizada. O sistema de transporte que liga as estações é manual e é o ponto fraco do sistema. Mesmo que o processo de produção seja automatizado em todos os níveis, o sucesso desse empreendimento depende do sistema de transporte. Este é o ponto natural em que um fabricante que começou com estações semi-automatizadas começa a considerar integrá-las em uma linha totalmente automatizada — e a gama de produtos da Benlong Automation é projetada para apoiar exatamente essa transição, com estações que podem ser integradas em um completo Linha de montagem automática MCB quando o volume e o caso de negócio justificam o investimento.

Quando uma Pequena Fábrica Deve Automatizar? O Quadro de Decisão

A questão de quando uma instalação de manufatura em pequena escala deve adotar práticas de automação não pode ser reduzida a um único limite de volume. Este problema é resolvido avaliando o produto e o processo de forma abrangente, bem como revisando as condições de mercado e a prontidão da organização. O quadro fornecido abaixo é um modelo prático para a tomada de decisões.

• Automatize os passos críticos de qualidade primeiro, independentemente do volume. Sempre que um passo de processo como calibração, teste, soldagem por contato ou escrita envolve risco que afeta a segurança, certificação ou aceitação do cliente, a automação proporcionará um retorno muito além de um investimento financeiro. Ao automatizar, garante-se não apenas a repetibilidade, mas também a criação de um histórico de dados adequado para fins de certificação, e a remoção da maior fonte de variação no processo. Se um fabricante está produzindo 20.000 MCB mensalmente, pode facilmente justificar a compra de um banco de calibração semi-automatizado apenas com base em razões de qualidade, uma vez que uma única produção de MCBs que falham em auditorias de certificação custará à empresa muito mais do que o banco de calibração.
• Automatize quando o custo da mão de obra se tornar a restrição, não quando se tornar a maioria do custo. Em muitas pequenas empresas, o custo real da mão de obra para cada produto é bastante baixo, e há a tendência de adiar a automação até que a mão de obra se torne cara. No entanto, uma medida mais confiável é a oferta de mão de obra. Se a planta não consegue recrutar montadores treinados suficientes, ou sua rotatividade e dificuldades de treinamento estão reduzindo a produção, deve automatizar, independentemente do custo real da mão de obra. A Federação Internacional de Robótica afirma que, de acordo com a pesquisa realizada, a falta de oferta de mão de obra é o que leva pequenas e médias empresas a implementar medidas de automação.
• Start with semi‑automated cells and scale as volume and confidence grow. Um produtor que ainda não implementou qualquer forma de automação deve evitar começar com uma linha totalmente automatizada. A quantidade de conhecimento necessária é esmagadora, os riscos financeiros são incrivelmente altos e as dificuldades de operação são numerosas. Um exemplo de semi-automação, como um banco de calibração, estação de teste ou instalação de aparafusamento, apresenta um desafio menor. A empresa aprende a definir o equipamento, incorporá-lo à produção, fazê-lo funcionar de forma eficiente e estimar sua rentabilidade.

A Economia de Escala na Automação: Por Que Maior Não É Sempre Melhor

O mito mais conhecido dentro do setor de automação de fábricas é o de que maior é melhor. A crença comum aqui é que alcançar a automação total da fábrica é um objetivo, e todos os investimentos que não culminam na automação da fábrica ou em ter uma fábrica que funcione eficientemente sem a assistência de um ser humano são um compromisso. No entanto, a verdade por trás dessa lenda reside na história documentada da indústria de manufatura e em estudos da McKinsey que indicam que o grau ideal de automação é aquele que corresponde ao produto sendo produzido, ao rendimento ou volume do produto, e à variedade, bem como às possibilidades da organização em lidar com sistemas de automação. Por exemplo, uma pequena empresa que produz 10 tipos de quadros MCCB em lotes de 500 todo mês não precisa de uma linha de alta velocidade separada para fazer isso; tal planta precisará de automação programável flexível permitindo a troca de receitas de um tipo de quadro para outro. Enquanto isso, uma grande empresa que produz 2 milhões de MCBs idênticos mensalmente para um único cliente precisará de uma linha dedicada para essa grande produção, pois o nível de demanda e estabilidade para o produto a torna viável economicamente. Ambas as empresas estão automatizando suas operações comerciais de forma adequada. As empresas falham na automação sempre que investem em sistemas de automação com base no nível errado de automação.

Perguntas frequentes

Quais são as desvantagens das fábricas automatizadas?

Fábricas automatizadas sofrem de desvantagens como alto investimento de capital, inflexibilidade em relação a mudanças de design de produto ou flutuações de volume, necessidade de manutenção especial e habilidades de engenharia, e a chance de o equipamento de automação se tornar obsoleto se o produto para o qual foi feito não for mais fabricado. O alto custo de configuração de fábricas automatizadas significa que a automação fixa em grande escala é particularmente vulnerável a quedas de volume, uma vez que esses custos ainda precisarão ser cobertos, independentemente de 10.000 unidades ou nenhuma serem produzidas.

Quais são os 4 D’s da automação?

Os 4 D’s da automação são uma ferramenta simples para reconhecer processos que podem ser automatizados. Processos monótonos são aqueles que envolvem tarefas repetitivas que são entediantes para as pessoas e podem levar a erros. Sujo refere-se a processos realizados em condições inseguras ou desagradáveis. Difícil diz respeito àquelas operações que requerem um alto nível de precisão, força e resistência à exaustão, ou que vão além da capacidade humana. Processos perigosos tornam possível correr o risco de lesões ou até mesmo morte.

Quais são as vantagens e desvantagens de usar sistemas automatizados para análise?

Sistemas de análise automatizados Máquinas automatizadas, incluindo as estações de calibração e teste automatizadas, garantem que medições precisas sejam feitas várias vezes, e não há diferença nos requisitos de diferentes operadores. É verdade que cada medição é registrada para referência e que as máquinas automatizadas são muito mais rápidas do que qualquer análise manual. No entanto, essas máquinas têm algumas desvantagens, como a necessidade de investir nelas, mantê-las e calibrá-las regularmente. Elas também só podem identificar fenômenos previstos por seus programadores – qualquer outra coisa será ignorada pelas máquinas.

Quais são 10 desvantagens da automação?

Dez desvantagens frequentemente mencionadas da automação são os altos custos iniciais envolvidos, a natureza inflexível do sistema quando se trata de mudanças nos processos de produção, o fato de que os custos fixos devem ser pagos independentemente de quanto é produzido, a exigência de habilidades operacionais complicadas para usar e operar equipamentos automatizados, a possibilidade de perda de empregos para alguns funcionários, a possibilidade de falhas de equipamentos que impedem as máquinas de funcionar, as dificuldades relacionadas à unificação de diferentes sistemas de diferentes fabricantes, o custo envolvido na manutenção e atualizações de peças de reposição e software, a possibilidade de perder o significado do sistema se algo mudar, e a possível incapacidade de manter a integridade dos dados quando todo o sistema se torna automatizado e em rede. Todas essas desvantagens podem ser compensadas por meio de planejamento preciso e treinamento constante dos funcionários.

Referências

• McKinsey & Company — O Futuro da Manufatura e Automação. Pesquisa sobre a produtividade e o ROI da automação em diferentes escalas, e os fatores que preveem investimentos bem-sucedidos em automação em pequenas, médias e grandes empresas.
• Deloitte — Fabricação Digital e a Lacuna de Habilidades. Análise dos desafios da força de trabalho e das habilidades que acompanham o investimento em automação, e as estratégias que os fabricantes usam para construir a capacidade interna de manter e melhorar sistemas automatizados.
• Federação Internacional de Robótica (IFR) — Relatório Mundial de Robótica. Dados anuais sobre instalações de robôs e densidade de automação por país e por tamanho da empresa, incluindo as taxas de adoção de automação colaborativa e flexível entre pequenas e médias empresas.
• Automation World — Automação Flexível vs. Fixa: Escolhendo a Estratégia Certa. Publicação da indústria cobrindo as compensações entre linhas dedicadas de alta velocidade e automação flexível e reconfigurável, com estudos de caso de vários setores de manufatura.

O vantagens e desvantagens de fábricas automatizadas em pequena escala versus grande escala não são um placar em que um lado vence. Eles são um conjunto de compensações que cada fabricante deve navegar com base em seus produtos específicos, volumes e condições de mercado. Uma linha automatizada de grande escala oferece o menor custo unitário e a maior produtividade — desde que o produto seja estável, o volume seja alto e a organização tenha a capacidade técnica para mantê-la. Uma célula automatizada de pequena escala oferece a flexibilidade e o menor risco de capital que um fabricante de alta mistura e baixo volume precisa — a um custo unitário mais alto, mas com a capacidade de se adaptar a um mercado em mudança. O fabricante que entende essas compensações e que constrói uma estratégia de automação que coloca deliberadamente cada etapa do processo no ponto correto da escala é o fabricante que obtém os benefícios da automação sem pagar o preço de um desajuste. A Benlong Automation constrói equipamentos de produção semi-automatizados e totalmente automatizados para o setor de fabricação elétrica, porque a escala certa de automação não é uma única resposta — é a resposta que corresponde à fábrica que atende.