O Nível Mais Alto de Automação É Encontrado Em

Quando uma pastilha de silício é fabricada em uma instalação de fabricação de semicondutores em Taiwan para ser usada em um processador multimilionário, ela é produzida a partir de polisilício bruto, e tudo é feito sem interação humana, desde a etapa inicial até a etapa final. A pastilha passa por muitas etapas de processo, todas realizadas por tecnologia automatizada em uma sala limpa com ar limpo, que é mil vezes mais limpo do que o de uma sala de operação médica. As máquinas se comunicam entre si para concluir seu trabalho simultaneamente. O Sistema de Execução de Gestão (MES) acompanha os desenvolvimentos e processos em andamento. Se algo não estiver funcionando corretamente, ele pode corrigir o problema sozinho, sem intervenção de um engenheiro humano, e registrar o evento no banco de dados. A função de manutenção preditiva da tecnologia permite que os trabalhos de manutenção sejam agendados para o tempo de inatividade das máquinas. Isso representa o mais alto nível de automação possível hoje, pois vai além da simples robótica, já que todos os aspectos da operação estão integrados em uma única unidade. Entender como esse nível se apresenta e o que significa proporciona uma compreensão dos tipos de automação que existem no mundo hoje e que podem ser úteis no processo de produção de cada tipo de produto.

Resumo: O nível mais avançado de automação na produção é a fábrica completamente integrada, orientada por dados e auto-otimizável, comumente conhecida como Indústria 4.0 ou manufatura lights-out. Nesse tipo de fábrica, todos os processos, desde o ponto em que as matérias-primas chegam até o momento em que os produtos acabados, testados e certificados são enviados, são automatizados, interconectados e controlados por camadas de software, incluindo PLCs e SCADA para operação em nível de máquina, MES (Sistema de Execução de Manufatura) para o processo da linha de produção e ERP (Planejamento de Recursos Empresariais) para atividades comerciais.

Como é o Mais Alto Nível de Automação: A Fábrica Totalmente Integrada e Auto-Otimizável

O mais alto nível de automação na manufatura não é uma única máquina ou uma única plataforma de software. É uma arquitetura — uma pilha de tecnologias que trabalham juntas para transformar um pedido do cliente em um produto enviado com intervenção humana mínima. A arquitetura possui três camadas, cada uma das quais deve estar presente para que a fábrica opere no mais alto nível.

Camada Um: A Automação Física — As Máquinas, os Robôs e o Manuseio de Materiais. No mais alto nível de operação, toda atividade que pode ser automatizada é, de fato, automatizada. Numa visão correta, a linha de produção não é apenas um número de estações semi-automatizadas com transferências manuais entre elas, mas sim um fluxo contínuo no qual o produto se move de uma posição para outra através do sistema graças ao sistema de transporte, ou algo semelhante. As estações realizam operações relacionadas a um ou múltiplos processos complicados como montagem, soldagem, etc., e não há trabalhadores carregando/descarregando a peça. As máquinas não pertencem a um tipo particular: são flexíveis e capazes de trabalhar com muitos tipos de produtos. As máquinas possuem diferentes dispositivos instalados nelas, ou seja, há motores e sensores que reportam o status dos dispositivos. Para a empresa que fabrica dispositivos para aplicações de proteção elétrica, a Camada Um também inclui linhas de fabricação usadas para montar e testar MCB’s, MCCB’s e contatores.. Um Linha de montagem automática MCB que integra alimentação de peças, montagem, calibração, teste, marcação e classificação em um único fluxo contínuo, produzindo um disjuntor calibrado e certificado a cada poucos segundos, é um exemplo da automação física que o nível mais alto exige. Para uma análise mais profunda das estações de teste que são integradas nessas linhas, nosso guia sobre O que é uma linha de teste automática de MCB? explica a calibração, disparo magnético e teste de alta tensão que devem ser realizados em cada unidade.

Camada 2: A Infraestrutura de Dados e Controle—Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA), Sistema de Execução de Manufatura (MES), Fio Digital. O equipamento na fábrica gera muitos dados úteis—parâmetros de processo, dados de qualidade, códigos de erro, consumo de energia e tempos de ciclo. O nível de automação mais alto precisa rastrear todos esses pontos de dados, fornecer contexto para o processo e disponibilizá-los para o sistema e as pessoas que irão utilizá-los. O sistema SCADA é projetado para facilitar o rastreamento de todos os dados em tempo real a partir de PLCs, acionamentos, sensores nas máquinas que fornecem uma visão geral da fábrica e informam o operador sobre alarmes e desvios. O MES funciona sobre o SCADA, pois é responsável por gerenciar ordens de produção, avançar cada item particular na linha, registrar dados de processo na unidade e dados de qualidade contra a unidade. O MES é um sistema capaz de rastrear todas as informações necessárias para certificação e entendimento de garantia—após sair da fábrica, cada disjuntor poderá mostrar suas informações de calibração, resultados de teste e informações sobre a máquina, operador e matéria-prima com que foi fabricado. O sistema ERP (Planejamento de Recursos Empresariais) é estabelecido sobre o MES e consiste em gerenciar pedidos, inventários, cadeias de suprimentos, finanças. Pesquisas de McKinsey & Company sobre manufatura digital identificam essa integração vertical como o único habilitador mais importante das melhorias de produtividade, qualidade e flexibilidade que a Indústria 4.0 promete.

Camada Três: A Inteligência e Autonomia—Análise Preditiva, IA e Controle em Loop Fechado. O nível mais avançado de automação não apenas informa sobre os acontecimentos. Ele fornece previsões sobre os desenvolvimentos futuros e age com base nessa previsão sem qualquer comando humano. Por exemplo, um algoritmo de manutenção preditiva monitora parâmetros como assinatura de vibração, corrente do motor e temperatura de um eixo crucial ou junta de robô e planeja a manutenção durante a próxima parada programada antes que um elemento falhe e cause uma parada não programada. Um sistema de visão movido por IA controla a qualidade de cada produto na velocidade da linha, capturando defeitos que não podem ser detectados por um sistema baseado em regras, e aprende a identificar novos tipos de defeitos à medida que aparecem. Um algoritmo de controle de processo em loop fechado monitora o nível do parâmetro de qualidade, por exemplo, calibração de uma unidade de disparo térmico ou parâmetro de qualidade de uma conexão soldada, ajustando automaticamente as variáveis do processo para que a saída permaneça dentro da faixa de especificação sem qualquer intervenção do engenheiro de processo. Neste nível, o papel dos seres humanos não é operar máquinas, verificar produtos ou registrar informações. Em vez disso, a tarefa humana é gerenciar exceções, investigar casos que não podem ser diagnosticados pelo sistema, tomar decisões de produção essenciais. Federação Internacional de Robótica (IFR) e Deloitte documentaram a crescente adoção da inspeção de qualidade movida por IA e manutenção preditiva, e a tendência é clara: o nível mais alto de automação é o nível em que a fábrica aprende.

A Pirâmide da Automação: Cinco Níveis do Manual ao Autônomo

O níveis de automação na manufatura são frequentemente descritos como uma pirâmide, com o mais simples na base e o mais alto no ápice. A tabela abaixo resume os cinco níveis, as características principais de cada um, e as indústrias e volumes para os quais cada um é tipicamente adequado.

O Framework da Indústria 4.0 e a Pirâmide da Automação

O framework de níveis de automação pode ser reconhecido em poucos outros frameworks, mas o mais comum é o modelo de maturidade da Indústria 4.0, desenvolvido por instituições incluindo a Academia Alemã de Ciência e Engenharia (acatech), e utilizado por diferentes fabricantes e empresas de consultoria ao redor do mundo. A Indústria 4.0 pode ser definida como uma etapa desde a Indústria 1.0 (mecanização, motores a vapor) até a Indústria 2.0 (produção em massa e eletricidade) e Indústria 3.0 (o desenvolvimento de computadores e PLCs para automação de alguns processos) para, finalmente, alcançar a etapa final do modelo de maturidade, que envolve o sistema de produção totalmente autônomo e orientado por dados. Os níveis de automação elaborados por esta orientação, variando do Nível 0 (manual) ao Nível 4 (auto-otimizante), se encaixam neste modelo, permitindo assim que os fabricantes compreendam tanto sua posição atual na jornada rumo a uma produção melhor quanto seus objetivos. Do ponto de vista prático, a pirâmide de níveis é construída de baixo para cima, onde diferentes tipos de máquinas são posicionados, depois vários sistemas de controle incluindo PLCs e sistemas SCADA vêm em seguida, seguidos pelo MES e alcançando a etapa final com o sistema ERP. Não é possível simplesmente comprar uma máquina para alcançar o Nível 4. É necessário passar por todas as fases sem qualquer falha de comunicação entre qualquer nível da arquitetura de automação, o que resulta na necessidade de o fabricante começar com pelo menos um processo automatizado. Por exemplo, durante esta fase inicial, os fabricantes podem iniciar a automação de um processo crítico de qualidade, como calibração ou teste. O princípio que a Benlong Automation implementa em todo o seu processo de fabricação é que todos os dispositivos, incluindo dispositivos PLC, HMIs e comunicações, devem ser compatíveis e funcionar juntos para permitir que os fabricantes implementem um sistema de produção totalmente automatizado.

Perguntas frequentes

O que é o alto nível de automação?

O grau máximo de automação na manufatura é observado na fábrica integrada, centrada em dados e auto-otimizante conhecida como Indústria 4.0 ou Fabricação Lights-Out. Esta automação tornou os processos de produção completamente automatizados, com os dados fluindo verticalmente do sensor para o ERP e horizontalmente entre as etapas do processo. A análise habilitada por tecnologia da informação permite a antecipação de falhas e a realização de tarefas rotineiras sem intervenção humana. O papel humano, no entanto, é estratégico, ou seja, compreende o manejo de exceções, a melhoria do sistema e a tomada de decisões que não estão dentro das competências do sistema automatizado.

Quais são os níveis de automação?

Os níveis de automação na fabricação são vistos como uma sequência com cinco níveis: Nível 0 (operação manual), Nível 1 (células semi-automatizadas — processo realizado com a ajuda da máquina, mas com manuseio manual do material), Nível 2 (linha totalmente automatizada — processo e manuseio de material realizados pela máquina e organizados para um produto), Nível 3 (automação integrada e flexível — várias linhas estão conectadas em uma rede por um sistema de monitoramento de produção e manuseio automatizado de material), Nível 4 (automação auto-otimizante e autogerenciável — toda a fábrica é integrada, inteligente e quase autorregulada).

O que é automação nível 4?

A automação nível 4 implica a forma mais completa de automação, uma fábrica preditiva e auto-otimizante. Todo o manuseio de material e processos de produção são fisicamente automatizados; os dados são totalmente integrados vertical e horizontalmente — dos sensores ao ERP — dos fornecedores aos clientes; algoritmos baseados em IA são empregados na manutenção preditiva e no controle fechado do processo. A consequência é uma fábrica que pode operar sem a necessidade de intervenção humana, mas apenas, em termos de supervisão estratégica, retificação de problemas e melhorias contínuas.

O que é nível 3 em automação?

O Nível 3 de automação refere-se à fábrica interconectada que é inteligente e flexível. Neste tipo de fábrica, diferentes linhas de automação são combinadas através de um sistema central de execução de manufatura (MES) que executa ordens de produção, monitora o trabalho e registra informações de qualidade de cada item produzido. Essas linhas são capazes de mudar para qualquer variante de produto apenas alterando a receita. O manuseio automático de material é implementado com a ajuda de veículos guiados automatizados (AGV), robôs móveis autônomos (AMR) ou armazenamento automático de materiais na fábrica. O fluxo de trabalho totalmente integrado permite obter dados em todos os níveis, do sensor ao sistema MES e ERP. A automação de fábrica nível 3 é tipicamente implementada nos setores automotivo, de equipamentos médicos e geração de energia.

Referências

• acatech — Índice de Maturidade da Indústria 4.0. O quadro da Academia Alemã de Ciências e Engenharia para avaliar e avançar o nível de automação e integração digital de um fabricante.
• McKinsey & Company — Manufatura Digital e Indústria 4.0. Pesquisa sobre o impacto da produtividade e qualidade da integração vertical e horizontal de dados, e o retorno sobre o investimento das tecnologias da Indústria 4.0 que caracterizam os níveis mais altos de automação.
• Federação Internacional de Robótica (IFR) — Relatório Mundial de Robótica. Dados anuais sobre instalações de robôs por indústria e por país, incluindo as taxas de adoção da automação flexível e integrada que caracterizam os níveis superiores da pirâmide de automação.
• Sociedade Internacional de Automação (ISA) — Padrão ISA‑95 para Integração de Sistemas Empresariais e de Controle. O padrão internacional que define a arquitetura e os modelos de dados para a integração vertical entre o chão de fábrica e os sistemas empresariais — a arquitetura que o nível mais alto de automação requer.

O auge da automação ocorre na fábrica onde as máquinas, as aplicações, os dados e os processos não estão simplesmente interconectados, mas totalmente integrados, onde o pedido do cliente se move sem esforço entre o ERP, o MES e o processo de produção, onde cada dado relacionado à qualidade de cada item está associado ao seu número de série e pode ser usado a qualquer momento durante todo o ciclo de vida do item, e onde desvios podem ser reconhecidos, determinados e corrigidos antes que um operador humano perceba que algo mudou. Alcançar esse nível requer investimentos extensivos. É possível apenas construindo a pirâmide de automação do zero, começando pela automação física dos processos críticos para a qualidade, e depois fornecendo uma infraestrutura de dados que conecta máquinas ao MES, e usando mecanismos de inteligência, IA, análise preditiva, controle em malha fechada para tornar a fábrica auto-otimizável. O processo é iniciado pelo fabricante de equipamentos elétricos que utiliza bancada de calibração semi-automatizada ou célula de montagem, que pode então ser aplicada a outros processos passo a passo, desde que haja um volume adequado de produção, dados suficientes comprovando aumento do ROI e experiência no uso da tecnologia. A Benlong Automation fornece todos os tipos de máquinas necessárias para construir a pirâmide de automação começando pela fábrica com equipamentos autônomos e semi-automatizados.