Como a Automação Inteligente Está Remodelando a Fabricação de Produtos Elétricos

Para fabricantes de produtos elétricos de baixa tensão, como MCBs, MCCBs, RCCBs, contatores AC e dispositivos de proteção contra surtos, a competição não é mais apenas sobre reduzir o custo de mão de obra. O verdadeiro desafio é fabricar milhares de dispositivos críticos para segurança a cada dia com qualidade consistente e rastreabilidade, mantendo também a flexibilidade para alternar frequentemente de um modelo para outro. Esse é precisamente o problema automação inteligente foi criada para resolver. Em vez de uma única máquina que realiza o mesmo movimento fixo repetidamente, este sistema apresenta uma combinação de manipulação mecânica, monitoramento em tempo real, coleta e processamento de dados, como resultado do qual toda uma linha de montagem torna-se capaz de se verificar enquanto trabalha.

Este artigo descreve o conceito de automação inteligente no contexto da linha de montagem e teste de componentes elétricos. Ele ainda detalha a diferença entre automação inteligente e automação convencional, identificando o segmento onde ela traz o retorno mais claro para os produtores de itens MCB e MCCB. O artigo contém um foco especial nos fabricantes que buscam crescimento na Índia e em vários mercados de exportação em rápido desenvolvimento, onde acertar a sequência de investimentos é tão importante quanto escolher a tecnologia certa.

A urgência é tangível – enquanto a mão de obra qualificada está se tornando difícil de encontrar e reter, os clientes globais estão apertando os padrões estabelecidos para seus fornecedores, especialmente grandes distribuidores e fabricantes de painéis da Índia, Oriente Médio e África. Assim, as linhas de montagem que dependem do julgamento manual em pontos críticos sofrem tanto com a degradação da qualidade devido à fadiga do operador quanto com a potencial falha em auditorias que podem envolver a paralisação de todo o envio. A automação inteligente resolve o problema em sua origem, tornando o controle de qualidade e a manutenção de registros automáticos, para que as pessoas não precisem depender da memória e da atenção.

Automação Inteligente na Fabricação de Equipamentos Elétricos de Baixa Tensão

Nesta indústria, automação inteligente refere-se a sistemas de fabricação que realizam funções muito além da simples transferência de peças de um local para outro. O equipamento detecta a condição de todos os componentes, testa-os contra padrões estabelecidos, toma ações relevantes sem esperar por assistência para acioná-las. Por exemplo, no cálculo da linha de produção de MCB, uma posição específica pode medir o espaço entre contatos, confirmar a presença da mola, verificar o desempenho da corrente de disparo e realizar as operações de passar a unidade para o local subsequente ou mover elementos defeituosos – todas as operações integradas ao número de série relevante.

O termo “inteligente” indica o ciclo de feedback. Uma prensa pneumática comum fabricará a mesma peça da mesma forma, independentemente de essa peça ser defeituosa ou perfeita. Quanto ao sistema de automação inteligente, processa a informação após cada ciclo de execução e a utiliza duas vezes: para segurança da qualidade em tempo real e para a coleta permanente de dados úteis para operações subsequentes realizadas pelas unidades de controle de qualidade e engenharia. É o compromisso duplo – fabricar e confirmar – que distingue uma linha de produção contemporânea de uma mecânica.

Um dos melhores exemplos pode ilustrar isso. No caso de um banco de testes manual de RCCB, o operador introduz uma corrente de falha, observa um disparo e anota o resultado no documento. O processo de registro pode ser interrompido por fadiga, distração ou pressão do mercado. No caso em que o trabalho é feito por um banco de testes automatizado, não há problemas com o processamento dos dados de forma adequada, pois o processo é controlado, a informação é coletada eletronicamente com comparação imediata aos padrões limites IEC, e os resultados são registrados no banco de dados conectado ao número de série atribuído ao produto. O produto não pode avançar se não passar no teste com sucesso.

Automação Tradicional Versus Automação Inteligente

Todas as fábricas elétricas possuem algum tipo de automação. Isso pode ser algo tão simples quanto uma mesa de indexação, um alimentador vibratório ou uma estação semi-automática de rebitagem. Embora essas máquinas sejam importantes, elas são principalmente sistemas de malha aberta. Elas conseguem completar um movimento fixo, mas dependem do operador para detectar um problema. A automação inteligente fecha essa lacuna e a diferença entre sistemas convencionais e inteligentes é muito clara ao longo do processo de produção.

Soluções de automação tradicionais funcionam com ações pré-definidas. Por outro lado, sistemas inteligentes entregam soluções baseadas em informações provenientes de sensores.
Uma linha de produção tradicional só identifica falhas durante a inspeção final, enquanto sistemas inteligentes podem detectar falhas no local de criação da falha.
Equipamentos tradicionais produzem bens, mas com a ajuda de soluções de automação inteligente é possível gerar dados sobre o fato de que os bens produzidos atendem aos requisitos IEC.
A troca de produção na fabricação tradicional requer uma mudança física do equipamento, enquanto a fabricação inteligente depende do uso de design digital para uma troca rápida.

O fator cultural também não deve ser negligenciado. A automação tradicional trata o departamento de inspeção como responsável pela qualidade. No caso da automação inteligente, a qualidade torna-se a razão para passar de uma estação para outra.

A lição prática é que raramente se substitui tudo de uma vez. A maioria dos fabricantes adota automação inteligente em etapas, atualizando as estações onde o risco de qualidade e o custo de mão de obra são maiores antes de tocar no restante da linha. Um caminho estruturado e faseado é geralmente a maneira mais segura de proteger tanto o fluxo de caixa quanto a produção, e é a abordagem que descrevemos com mais detalhes em serviços de atualização do sistema de automação.

As Tecnologias Centrais por Trás da Automação Inteligente

Compreender automação inteligente é mais fácil quando você o divide nas tecnologias que tornam o ciclo de feedback possível. Quatro blocos de construção aparecem em quase todas as linhas de produção elétrica avançadas.

Visão de Máquina e Inspeção Inline

Sistemas de visão, os olhos da linha. Em uma estação de MCB ou MCCB, uma câmera pode verificar a presença da mola e do contato, ler e verificar a marcação no corpo, e monitorar a posição de um indicador de bandeira. A inspeção ocorre na linha em vez de em um banco de controle separado, permitindo a identificação e remoção da peça defeituosa em poucos segundos após a ocorrência da falha, em vez de algumas horas na etapa final de embalagem.

Fusão de Sensores e Medição em Tempo Real

Apenas estações informadas evitam usar captura única para a operação. Sensores de força são empregados em estações de rebitagem ou prensagem para determinar se a junta foi realizada corretamente; sensores de deslocamento a laser atuam para fornecer o valor da folga em milímetros; medidores de bancada de teste que exibem corrente e tensão permitem determinar processos elétricos. A mistura de vários sinais da mesma unidade, conhecida como fusão de sensores, fornece um resultado mais confiável do que qualquer sinal isolado.

Integração PLC, SCADA e MES

As medições mencionadas só se tornam relevantes quando interconectadas. A automação inteligente requer a integração dos controladores de estação (PLCs) com sistemas de controle em nível de linha (SCADA) a um sistema de execução de manufatura (MES). O padrão ISA-95 define em detalhes como esses níveis devem se comunicar para garantir que cada dispositivo mantenha o registro dos dados ao longo de seu processo de produção, desde a primeira estação até a embalagem. A integração é o que transforma os dispositivos inteligentes desconectados em uma linha conectada.

Otimização de Processo Assistida por IA

Uma vez coletados dados suficientes, modelos de aprendizado de máquina podem notificar os gerentes sobre desvios de processo antes que sucata seja criada, prever quando um eletrodo de soldagem ou alimentador precisará de manutenção, e chamar atenção para as estações de equipamentos que impedem o rendimento. No entanto, precisamos ser claros sobre uma limitação importante no uso da IA: no caso de produtos elétricos relacionados à segurança, a IA deve sempre auxiliar os engenheiros, mas não substituir os limites rígidos de aprovação e reprovação definidos pelas normas IEC 60898 e IEC 60947-2. A inteligência pode ajudar a otimizar o processo enquanto o padrão ainda define o que é “bom”.

Automação Inteligente na Cadeia de Produção de MCB, MCCB e RCCB

A maneira mais clara de ver o valor da automação inteligente para produtos elétricos de baixa tensão é percorrer a cadeia de produção etapa por etapa, porque cada etapa se beneficia de uma forma diferente.

Montagem

Alimentação de componentes, rebitagem, inserção de mola e montagem do mecanismo são todos pontos onde um pequeno erro se torna uma falha de campo. O monitoramento de força em cada prensa confirma a junta, a visão confirma a presença e orientação do componente, e a linha rejeita qualquer unidade que esteja fora da tolerância. Nossas soluções de projeto de montagem são construídas exatamente em torno deste princípio de ciclo fechado.

Calibração e Testes Elétricos

É aqui que a automação inteligente geralmente traz retorno mais rápido, pois o teste manual é lento, repetitivo e sujeito a erros humanos. Bancadas automatizadas realizam testes de disparo, testes dielétricos e de alta tensão, e verificações de resistência mecânica, capturando o resultado de cada teste contra o número de série da unidade. Você pode explorar a gama sob nosso projeto de bancada de teste equipamento, que é projetado para que as evidências dos testes sejam geradas automaticamente em vez de transcritas manualmente.

Soldagem e Solda

A soldagem de contato de prata é um processo crítico que define a qualidade para MCBs e contatoras. Estações de soldagem por resistência e laser com monitoramento inline da qualidade da solda garantem que cada junta atenda à especificação, e unidades com solda suspeita são sinalizadas imediatamente. Veja nosso projeto de soldagem e solda equipamento para entender como o monitoramento é incorporado ao próprio processo.

Marcação, Impressão e Embalagem

Impressões e etiquetas de segurança devem ser claras e corretas; portanto, as estações de impressão por tampografia e marcação a laser mencionadas anteriormente devem garantir que as impressões estejam corretas. O indicador de verificação deve ser validado para assegurar que tenha a cor e os detalhes corretos. Em seguida, vem a automação da embalagem, que verifica se o produto e a quantidade estão aprovados antes da cartonagem.

Há uma consistência clara no padrão, pois há verificação regular nas várias etapas do processo, sem mencionar que o fator de desempenho de ponta a ponta é observado em todos os níveis de produção. Isso significa que você pode sempre rastrear o histórico de um MCB ou MCCB pronto para trás através do procedimento de cartonagem.

Por Que a Automação Inteligente é Importante para Fabricantes de Produtos Elétricos

Quando as tecnologias acima trabalham juntas, os benefícios se acumulam. Os ganhos mais frequentemente relatados por produtores de MCB e MCCB que adotam automação inteligente são:

• Há garantia de qualidade com todos os produtos sendo avaliados segundo o mesmo padrão em um único local. O sistema pode fornecer dados para todos os produtos, permitindo auditoria tanto pela IEC quanto pelos clientes.
  O sistema permite diminuir a dependência de especialistas altamente qualificados e os libera para trabalhar em problemas de engenharia mais complexos.
  Com a detecção de falhas em processo, as linhas terão maior rendimento, pois capturam as falhas antes da inspeção final.
  O sistema de automação também permitirá tempos de resposta mais curtos para mudar os modos de produção.
  Os dados servirão como base para melhorias constantes.
  É importante não ceder à tentação de reduzir essas conquistas a um único número; é a eficiência da automação que a torna bem-sucedida, em vez de números separados como leve melhoria no rendimento, redução nos casos de garantia, transição mais rápida para outro modo de produção. Também deve ser dito que a comparação cega entre métodos automatizados e manuais de produção pode levar a avaliações erradas, pois a técnica manual não pode fornecer tais informações.

Automação Inteligente e Conformidade IEC

A conformidade deixou de ser um documento que você produz no final; cada vez mais, os compradores solicitam evidências de teste por lote ou até por unidade. Os MCBs são regidos pela IEC 60898 (e IS 8828 na Índia), os MCCBs pela IEC 60947-2, os RCCBs pela IEC 61008 e IEC 61009, e os relés de estado sólido pela IEC 62314. Porque sistemas de automação inteligente capturam dados de teste como parte natural da produção, a conformidade torna-se um subproduto da fabricação do produto, em vez de um exercício separado de documentação. A rastreabilidade deve ser projetada na linha desde o início, nunca adicionada posteriormente quando uma auditoria do cliente já está agendada.

Barreiras Comuns à Adoção e Como Superá-las

Se o argumento para automação inteligente é tão claro, por que muitas fábricas elétricas hesitam? Na prática, as barreiras são previsíveis, e cada uma tem uma solução bem estabelecida.

• Considerações de custo: o empreendimento deve ser visto como envolvendo uma abordagem escalonada de financiamento, onde a implementação começa pelos locais que apresentam maior risco em termos de qualidade ou custo da mão de obra, e não como uma despesa única e grande.
  Preocupações com a perda de produção durante a instalação: uma abordagem modular de comissionamento permite que a estação inteligente mais recente opere ao lado da produção existente até que esteja totalmente funcional, evitando assim qualquer interrupção nas operações.
  Escassez de habilidades: interfaces homem-máquina modernas e sistemas de gerenciamento de receitas reduzem a quantidade de treinamento necessário para o pessoal, e um integrador qualificado cuida da instalação e do treinamento.
  Riscos de ficar preso a um fornecedor: o uso de sistemas PLC, SCADA e MES baseados em padrões internacionalmente reconhecidos permite que os clientes evitem mudar de fornecedor devido à integração em um sistema proprietário.
  Medo da troca de modelo: sistemas de gerenciamento de receitas permitem o armazenamento dos parâmetros de cada modelo de produto, e a troca de um para outro leva apenas alguns cliques do mouse.

  No entanto, essas questões não devem se tornar um obstáculo para o avanço da empresa. O custo real da inação — licitações perdidas, auditorias fracassadas, custos trabalhistas em contínuo aumento — geralmente é muito maior do que o custo de executar o primeiro passo. As empresas que têm dificuldade em acompanhar raramente são aquelas que agiram cedo demais; na verdade, são aquelas que adiaram a decisão até que uma oportunidade perdida tornou isso necessário.

Considerações para Fabricantes na Índia e Mercados Emergentes

A estrutura salarial e o rápido crescimento da demanda tornam a abordagem gradual uma boa opção para fabricantes que buscam expandir na Índia. Implementar estações inteligentes semi-automatizadas em suas atividades de alto valor, como testes ou soldagem, pode proporcionar um retorno melhor do que começar com uma oficina completamente automatizada. Em última análise, o que é melhor para os fabricantes depende do volume de produção, portfólio de produtos e acesso a capital.

É por isso que a prática soluções de automação inteligente deve ser adaptado à fábrica em vez de vendido como um pacote único para todos. Um produtor que envia uma gama estreita e de alto volume de MCB tem necessidades muito diferentes de um que opera dezenas de variantes de MCCB e contatores em lotes menores. A Benlong projeta tanto estações semi-automatizadas quanto sistemas de linha completa para que o investimento se ajuste ao estágio em que o negócio realmente se encontra.

A dimensão da exportação também importa. Muitos produtores indianos e regionais não estão apenas atendendo ao seu mercado doméstico, mas concorrendo a contratos onde o cliente especifica evidências de teste IEC como condição de compra. Nesse contexto, a automação inteligente não é apenas uma questão de eficiência; para muitas licitações, tornou-se um requisito de acesso ao mercado. Uma linha que pode entregar dados de teste por unidade com cada remessa pode competir por negócios que uma operação puramente manual não pode realisticamente ganhar.

Como Começar Sua Jornada de Automação Inteligente

Um caminho sensato para automação inteligente na manufatura segue uma sequência clara em vez de uma única compra grande:

É necessário mapear o processo e detectar as estações que requerem maior economia de qualidade ou custos de mão de obra.

Você deve estabelecer critérios para a conclusão bem-sucedida de cada estação do processo com base na norma IEC relevante.

O próximo passo é definir as informações que precisam ser coletadas para cada unidade produzida (número de série, parâmetros de teste, nome do operador, horário).

Uma vez que você saiba os dados a serem coletados, pode decidir se automatiza a estação ou toda a linha, levando em consideração o volume produzido, combinações da linha e suas capacidades financeiras.

Também é importante planejar a integração do PLC, SCADA e MES com antecedência, para que os dados possam ser armazenados em um único lugar e não em cada máquina.

Finalmente, certifique-se de encontrar a empresa que se especializa na fabricação de produtos de baixa tensão e não apenas em tecnologias de montagem.

Conclusão

A automação inteligente não é uma única máquina que você compra pronta; é uma capacidade que você constrói estação por estação, fechando o ciclo entre fabricar um produto e comprová-lo. Para produtores de MCB, MCCB e RCCB, os fabricantes que liderarão na próxima década serão aqueles cujas linhas podem garantir qualidade, adaptar-se rapidamente a novos modelos e gerar os dados rastreáveis que seus clientes agora exigem. Se você está pronto para planejar esse caminho, explore nossas capacidades de projeto de linha de produção ou fale com nossos engenheiros sobre uma solução adequada aos seus produtos e volume.

Huang Xiaolei | Benlong Automação