Componentes mecânicos para engenharia de automação

A engenharia de automação abrange uma ampla gama de componentes e tecnologias que trabalham juntas para automatizar e otimizar processos e máquinas. Os componentes mecânicos servem como um dos blocos de construção básicos para a implementação de sistemas automatizados. Estes componentes incluem atuadores, sensores, sistemas de transmissão mecânica e outros elementos mecânicos necessários para o movimento, controlo e monitorização de sistemas e máquinas. Este artigo apresenta os fundamentos da automação e engenharia de automação e explica onde os componentes mecânicos são usados.

O que é a automação?

Automatização ou automação refere-se ao processo geral de conversão de tarefas manuais ou repetitivas em processos automatizados, que podem ser realizados sem intervenção humana, ou seja, autocontrolados. Isto pode ser conseguido utilizando tecnologias como máquinas, programas informáticos ou robôs.

Objetivos da automação

No passado, os esforços de automação concentravam-se em fazer com que a máquina realizasse processos de produção rígidos e repetitivos. O principal objetivo era aumentar a produtividade substituindo o trabalho humano por máquinas. Estes sistemas de automação rígidos foram projetados para lidar com tarefas específicas com poucos requisitos de flexibilidade e adaptabilidade. Hoje, o foco mudou para a otimização do processo de produção. Existe um interesse crescente no desenvolvimento de sistemas de produção flexíveis que sejam capazes de dominar fluxos de trabalho com diferentes tarefas. Estes sistemas flexíveis destinam-se não só a permitir aumentos de produtividade, mas também a oferecer flexibilidade e um aumento geral da eficiência. Este desenvolvimento é impulsionado, entre outras coisas, pelos seguintes aspectos:

• Variabilidade dos produtos: Numa economia cada vez mais globalizada e em mercados com preferências de clientes em rápida mudança, é importante que os sistemas de fabrico sejam capazes de produzir uma grande variedade de produtos sem a necessidade de alterações ou adaptações dispendiosas.
• Produção em série pequena: A procura por produtos personalizados e soluções individuais está a levar a um aumento da produção de pequenas séries. Sistemas de produção flexíveis permitem que as empresas produzam também lotes menores de forma eficiente e económica.
• Tempo rápido de lançamento no mercado: A capacidade de responder rapidamente às mudanças do mercado e de introduzir novos produtos é crucial para o sucesso de uma empresa. Sistemas de fabricação flexíveis possibilitam o desenvolvimento rápido de novos produtos e a sua entrada em produção.
• Eficiência e rentabilidade: Ao tornar a produção mais flexível, as empresas podem usar seus recursos de forma mais eficiente e reduzir custos. A adaptabilidade dos sistemas permite adaptar a produção de forma ideal à demanda atual e evitar a produção excessiva.

O que é a engenharia de automação?

A engenharia de automação é uma disciplina de engenharia que abrange o planeamento, desenvolvimento, implementação e operação de sistemas de automação. Esses sistemas são usados para automatizar processos ou máquinas combinando sensores, atuadores, controladores e software para permitir controle e monitoração automáticos. No contexto da engenharia de fábricas, a engenharia de automação lida com a integração de sistemas de automação em fábricas industriais de grande escala. Os fabricantes de fábrica usam a engenharia de automação para operar instalações de produção complexas de forma mais eficiente e segura. Na engenharia mecânica, a engenharia de automação é crucial no desenvolvimento e integração de processos automatizados em máquinas individuais e linhas de produção para aumentar a capacidade de produção e melhorar a qualidade.

A digitalização da produção tem um impacto significativo na automação na indústria. Ao integrar tecnologias digitais como a Indústria 4.0, Internet das coisas industrial (IoT), Inteligência Artificial (AI), big data e computação em nuvem em processos industriais, os sistemas de automação estão a tornar-se cada vez mais poderosos e inteligentes. Isto abre novas oportunidades de automação, pois os dados podem ser recolhidos, analisados e usados em tempo real para otimizar processos e apoiar decisões.

Graus de automação

De acordo com a norma internacional DIN IEC 60050-351 para definições de termos em engenharia elétrica, eletrónica e campos relacionados, o grau de automação refere-se ao grau de automação de um sistema ou processo. É uma medida da extensão em que o trabalho humano é substituído ou suportado pelo controlo e monitorização automáticos. Um maior grau de automação significa maior independência da intervenção humana e maior capacidade do sistema de realizar tarefas de forma autónoma. O grau de automação pode ser medido numa escala, desde o controlo manual até à automação completa:

• Controlo manual: Um sistema ou processo é controlado e monitorizado completamente através da interação humana sem automação. Todas as decisões e ações são tomadas e executadas por pessoas.
• Automação parcial: Na automação parcial, alguns subprocessos ou subfunções são automatizados, enquanto outros são controlados manualmente. Ainda é necessária interação humana para realizar determinadas tarefas ou tomar decisões.
• Semiautomação: A semiautomação refere-se a sistemas nos quais a maioria das tarefas são automatizadas, mas a intervenção humana ainda é necessária para resolver determinadas tarefas complexas ou lidar com eventos imprevistos.
• Automatização completa: Aqui, o sistema ou processo é totalmente automatizado e não requer qualquer interação humana durante o funcionamento normal. O sistema é capaz de tomar todas as decisões necessárias e realizar todas as ações para realizar operações de forma eficiente e segura.

Pirâmide de automação

A pirâmide de automação é um conceito utilizado na automação industrial para descrever a estrutura hierárquica dos sistemas de automação. Esta pirâmide serve de modelo para representar os diferentes níveis de automação. A pirâmide de automatização consiste normalmente nos seguintes níveis:

• (1) Nível de campo: Os dispositivos físicos que interagem diretamente com as variáveis do processo no mundo real estão no nível do campo. Este nível constitui a base para a recolha e controlo de dados do processo de produção. Os sensores são responsáveis por recolher dados e os atuadores realizam as ações.
• (2) Nível de controlo: O nível de controlo inclui o hardware e o software utilizados para controlar e monitorizar o equipamento de campo. Os controladores de programa armazenados (SPC) e os controladores lógicos programáveis (PLC) são representantes típicos deste nível. Recolhem os dados dos sensores de nível de campo, processam-nos e enviam sinais de controlo para os atuadores.
• (3) Nível de controlo de processo: Nesse nível, toda a produção é monitorizada e controlada. Os sistemas de Controlo de Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA) são típicos para este nível. Permitem a visualização dos dados do processo, a monitorização do estado do sistema e a possibilidade de intervenção manual no processo. Os sistemas SCADA oferecem frequentemente capacidades de recolha e comunicação de dados.
• (4) Nível de gestão operacional: Neste nível, diferentes áreas de processo são coordenadas e as informações são trocadas entre as áreas. Os sistemas de execução de manufatura (MES) apoiam as decisões operacionais e o controlo do desempenho da produção.
• (5) Nível de gestão da empresa: O nível de gestão da empresa inclui a gestão e administração de nível superior da empresa. Os sistemas de Planeamento de Recursos Empresariais (sistemas ERP) são típicos para este nível. Apoiam o planeamento e controlo de todos os recursos da empresa, incluindo produção, aprovisionamento, vendas, finanças e recursos humanos.

Componentes mecânicos em engenharia de automação

Na engenharia de automação, os componentes mecânicos são usados para vários fins. São utilizados para realizar sistemas automatizados em diferentes áreas de aplicação, tais como a indústria transformadora, logística, transporte e robótica. Permitem controlo de movimento, geração de força, manuseio de materiais e garantem a segurança de pessoas e equipamentos.

Exemplos de automação

A engenharia de automação otimiza processos, aumenta a eficiência e alivia o trabalho humano de tarefas repetitivas. Seguem-se alguns exemplos específicos de automatização: