Exemplos de automação programável: Um guia abrangente para a manufatura moderna

O que é automação programável? A automação programável é um tipo de sistema de automação em que o equipamento de produção é controlado por um programa de computador que pode ser reescrito para acomodar diferentes tarefas e diferentes produtos. Ao contrário da automação fixa, ela permite a produção de alta mistura com o mínimo de intervenção humana, o que a torna essencial para o processo de fabricação moderno.

Este guia explora os meandros desse sistema de automação programável, fornecendo exemplos de automação industrial e servindo como exemplo de automação programável para ajudar os fabricantes a navegar na transição para um ambiente de produção mais flexível e eficiente.

Entendendo a automação programável em ambientes industriais modernos

Fundamentalmente, a automação programável é um tipo específico de sistema de automação programável no qual o equipamento de produção é projetado para modificar a ordem das operações para se adequar a vários projetos de produtos. A lógica da máquina não é “conectada” aos seus componentes físicos; em vez disso, ela é gerenciada por um programa de computador do sistema de controle - um conjunto de instruções codificadas que podem ser reescritas e recarregadas.

Em um ambiente industrial moderno, isso significa a diferença entre uma máquina que só pode parafusar um parafuso específico em uma porta de carro específica e um braço robótico que pode ser reprogramado para lidar com diferentes tarefas, como soldagem, pintura ou montagem de peças diferentes, em questão de minutos. O recurso mais notável desse sistema de automação programável é sua adequação a quantidades em lote. Uma vez concluída a produção do “Produto A”, o sistema é interrompido, um novo programa é carregado, as ferramentas físicas podem ser trocadas (um processo chamado de changeover) e a produção do “Produto B” é iniciada.

Esse “desacoplamento” da lógica de controle e do hardware mecânico permite que os fabricantes reajam às mudanças do mercado sem o custo proibitivo de construir novas linhas de montagem para cada pequena mudança no estilo do produto. Ela representa um meio-termo entre o trabalho manual e a automação “fixa” inflexível e de alta velocidade observada no setor automotivo tradicional.

Automação fixa vs. programável vs. flexível: Principais diferenças

Para entender completamente os benefícios da automação programável, é importante compará-la com outros tipos diferentes de automação: Automação fixa e flexível. Esses tipos de automação são usados para diferentes finalidades, dependendo do volume de produção e da variedade de itens semelhantes que estão sendo produzidos.

Dica de especialista: A escolha do tipo certo de sistema de automação depende de suas quantidades de lotes e da frequência das trocas.

Automação fixa é ideal para a produção contínua, em que são necessárias altas taxas de produção para um único produto em um longo prazo. No entanto, quando o projeto do produto é alterado, as máquinas de automação tendem a ficar desatualizadas.

Automação programável permite a diversidade. Esse exemplo de automação programável mostra que, embora o equipamento deva ficar inativo durante a reprogramação e o reequipamento entre lotes, ele oferece a flexibilidade necessária aos setores em que os projetos de produtos mudam com frequência.

Automação flexível é uma extensão da automação programável. Ela permite que diferentes tipos de produtos sejam produzidos na mesma linha, ao mesmo tempo, com o mínimo de intervenção humana, embora geralmente envolva uma infraestrutura muito mais complexa e menos trabalho manual.

Exemplos do mundo real: Máquinas CNC, robôs e PLCs

Os três pilares dos sistemas de automação industrial - máquinas CNC, robótica industrial e controladores lógicos programáveis (PLCs) - são a melhor maneira de visualizar a implementação prática da tecnologia programável. Esses sistemas permitem que as fábricas alternem entre várias tarefas com o mínimo de reconstrução física.

1. CNC Usinagem: Precisão sob demanda

O alicerce da manufatura subtrativa. Um único exemplo de automação programável é uma oficina aeroespacial que muda de lâminas de turbina para orifícios de resfriamento por meio de software.

• Oficinas de trabalho aeroespaciais: Considere uma instalação que produz componentes para aeronaves comerciais. Pela manhã, uma fresadora CNC de 5 eixos pode ser programada para esculpir uma complexa lâmina de turbina a partir de um bloco sólido de Inconel. À tarde, o operador carrega uma lâmina de turbina diferente. Código G e a mesma máquina começa a fazer furos de resfriamento precisos em uma longarina de asa de titânio.
• Fabricação de dispositivos médicos: A automação programável permite a fabricação “específica para o paciente”. As máquinas CNC são capazes de digitalizar uma imagem 3D da estrutura óssea de um paciente e criar automaticamente um programa para fresar um implante ortopédico personalizado. Essa produção de baixo volume e alta mistura só pode ser obtida devido ao fato de que a lógica da máquina não é armazenada em cames ou engrenagens físicas, mas em software.

2. Robôs industriais: Os cavalos de batalha multitarefa

Os robôs modernos funcionam como máquinas de montagem automática, detectando o chassi no setor automotivo para ajustar os caminhos de soldagem sem nenhum erro humano.

• Montagem automotiva de modelo misto: Em uma linha de montagem de automóveis moderna, os robôs geralmente precisam trabalhar em diferentes modelos de veículos (por exemplo, um sedã seguido imediatamente por um SUV) na mesma esteira. O chassi que chega é detectado pelo robô por meio de programação orientada por visão, O programa “caminho de soldagem” apropriado é chamado e o alcance e a pressão são ajustados.
• Eletrônicos de consumo Embalagem: Em um centro de distribuição de produtos eletrônicos, um braço robótico pode passar a primeira metade de um turno “montando kits” - escolhendo um smartphone, um carregador e um par de fones de ouvido para colocar em uma caixa. Quando a promoção termina, o robô é reprogramado por meio de software de simulação off-line para lidar com a paletização, empilhando caixas pesadas de laptops em paletes de transporte. O robô físico permanece o mesmo; apenas seu “script comportamental” muda.

3. CLPs: O centro lógico do chão de fábrica

Ao gerenciar a automação de armazéns e a manufatura têxtil, os PLCs são os cérebros que integram a captura de dados ao movimento físico.

• Fabricação de têxteis e cervejarias artesanais: Na produção têxtil, os CLPs controlam os intrincados padrões dos teares, enquanto nas cervejarias eles variam automaticamente a velocidade do transportador e o tempo dos bicos para se adequar a diferentes tamanhos de garrafas.
• Automação de armazém: Os CLPs gerenciam a lógica complexa dos Sistemas Automatizados de Armazenamento e Recuperação (ASRS). No mundo da automação de armazéns, os engenheiros podem incorporar novas coordenadas ao código do PLC para que a instalação possa ser ampliada sem muito tempo de inatividade.

Comparação de aplicativos programáveis do mundo real

Para esclarecer melhor o lugar desses exemplos, a tabela a seguir subdivide os acionadores programáveis comuns de cada um:

Ao utilizar essas três tecnologias, os fabricantes se afastam das linhas de produção “rígidas” do passado e se voltam para um futuro modular e orientado por software, no qual a fábrica pode se adaptar ao mercado em tempo real.

Otimização da produção em lote com controle de sequência programável

A otimização da produção em lote é o principal motivo econômico por trás da automação programável. Em setores como o farmacêutico, o de alimentos e bebidas e o de vestuário, os produtos são produzidos em grupos discretos ou “lotes”. O controle de sequência programável automatiza as transições, garantindo que um único exemplo de automação programável possa ser aplicado a diversas receitas.

O desafio da mudança

Em configurações tradicionais, a mudança de um lote de “iogurte de morango” para um lote de “iogurte grego” pode envolver horas de ajustes manuais de válvulas e limpeza. O controle de sequência programável automatiza essas transições.

• Limpeza automatizada no local (CIP): Os sistemas programáveis são capazes de executar um ciclo de limpeza preciso para evitar qualquer contaminação cruzada entre os lotes.
• Gerenciamento de receitas: As “receitas” digitais armazenadas no sistema permitem o ajuste instantâneo de temperaturas, velocidades de mistura e proporções de ingredientes.

A automação programável permite que os fabricantes executem lotes menores de forma lucrativa, diminuindo o tempo necessário para alterar os produtos (tempo de configuração). Isso resulta em despesas de estoque reduzidas e em um menor “tempo de colocação no mercado” de novos produtos.

Análise de custo-benefício: Calculando o ROI e os custos de inatividade

A automação programável é um grande investimento de capital. Para justificá-lo, os fabricantes precisam calcular o retorno sobre o investimento (ROI), analisando a economia de custos, a redução do trabalho manual e os ganhos de eficiência.

O ROI Fórmula

Os ganhos incluem:

1. Economia de mão de obra: A eliminação de operadores manuais em tarefas repetitivas.
2. Aumento Taxa de transferência: As máquinas operam 24 horas por dia, 7 dias por semana, com o mínimo de intervenção humana.
3. Qualidade do produto: O controle de qualidade aprimorado reduz significativamente o “refugo” e o retrabalho.
4. Flexibilidade Valor: A capacidade de assumir diferentes contratos sem comprar novos equipamentos.

O custo oculto: Tempo de inatividade

Embora a automação programável seja eficaz, ela também é complicada. Tempo de inatividade não planejado-quando um sistema falha devido a um sensor defeituoso ou a um pico de energia, pode custar aos grandes fabricantes milhares de dólares por minuto.

• Tempo de inatividade planejado: Reprogramação e troca de ferramentas.
• Tempo de inatividade não planejado: Falha no equipamento.

Para maximizar o ROI, os fabricantes devem priorizar confiabilidade do sistema. Isso é obtido com o uso de componentes de nível industrial, como fontes de alimentação estabilizadas e chaves de limite duráveis, que são classificadas para milhões de ciclos em ambientes adversos.

Além do G-Code: Integração de IA e robótica colaborativa

O futuro do processo de fabricação está em tornar os sistemas “mais inteligentes” por meio da inteligência artificial. Estamos nos movendo em direção à Automação Adaptativa, em que o sistema de automação programável pode aprender com seu ambiente para reduzir o erro humano e aumentar a economia de custos.

1. IA e Visão mecânica: Um braço robótico que usa inteligência artificial pode detectar objetos orientados aleatoriamente em uma esteira transportadora e mudar sua aderência em tempo real, sem necessidade de intervenção humana para alinhamento.
2. Robôs colaborativos (Cobots): Eles são destinados a operar com seres humanos, usando interfaces simplificadas de programas de computador que permitem que empresas de pequeno e médio porte adotem a automação sem conhecimento de codificação de alto nível.

Implementação estratégica: Transição de manual para programável

A transição de um sistema manual para um sistema programável precisa de um roteiro que se concentre na redução da intervenção humana e no aumento da qualidade do produto.

Mapeamento do fluxo de trabalho de produção para automação

A decisão de mudar de um chão de fábrica manual para uma usina de força programável não pode ser tomada isoladamente. Ela envolve uma auditoria cuidadosa do que você está fazendo agora para ter certeza de que a automação que você está fazendo está lhe dando um retorno real. O fracasso da maioria dos fabricantes não se deve ao fato de terem comprado o robô errado, mas sim ao fato de terem negligenciado a “base”, que são os principais componentes que alimentam os dados para os controladores lógicos.

Ao mapear seu fluxo de trabalho, você deve identificar os “Ponto ideal”Tarefas de alto mix (muitas variações), mas de volume médio. Esses são os locais em que o trabalho manual é muito lento, mas a automação fixa é muito inflexível. Entretanto, ao mapear esses processos, você descobre rapidamente que um sistema programável é tão robusto quanto seu elo mais fraco. Um braço robótico com um preço de $50.000 é praticamente inútil quando é alimentado por uma fonte de alimentação não confiável ou ativado por um sensor de baixa qualidade que para de funcionar após alguns milhares de ciclos.

Fornecendo a base: A vantagem da OMCH

O desafio mais importante durante o estágio de mapeamento estratégico é obter elementos confiáveis para garantir a estabilidade de longo prazo. É nesse ponto que OMCH, A empresa, líder mundial em componentes de automação industrial desde 1986, A OMCH, Inc., pode ser um parceiro importante em sua transição. A OMCH oferece os “órgãos sensoriais” e o “sistema nervoso” que suas máquinas programáveis exigem com mais de 38 anos de experiência e uma presença em mais de 100 países.

• Criando um sistema confiável Infraestrutura: Ao identificar os gargalos, você precisará de uma gama diversificada de componentes para preencher a lacuna entre a lógica do software e a execução física. O OMCH tem um ampla gama de produtos com mais de 3.000 SKUs composto por sensores de proximidade, chaves fotoelétricas e codificadores. Esses componentes fornecem o feedback em tempo real necessário para que os CNCs e PLCs façam ajustes em frações de segundo.
• Garantir Energia limpa para placas lógicas: Os controladores programáveis são sensíveis às variações de energia. A variedade de fontes de alimentação comutadas e Alimentação em trilho DIN AC-DC As ofertas da OMCH garantirão que seus “cérebros” (os CLPs) sejam alimentados com energia limpa, eliminando os caros erros de lógica e “falhas” que afetam os sistemas de baixo custo.
• Credibilidade e certificação globais: Para mapear um fluxo de trabalho de padrões internacionais, é necessário ter elementos que sejam capazes de passar em qualquer auditoria. Os produtos da OMCH são compatíveis com o ISO9001, Certificações CE, RoHS e CCC, o que significa que sua linha automatizada estará em conformidade com os padrões internacionais de segurança e desempenho.
• Minimização do tempo de inatividade não planejado: O produto final do mapeamento é aumentar o tempo de atividade. A OMCH tem Mais de 72.000 clientes em todo o mundo e 7 linhas de produção dedicadas, E não vendemos apenas peças; oferecemos uma rede de segurança. Temos uma Garantia de 1 ano e Resposta rápida 24 horas por dia, 7 dias por semana o que significa que, caso um componente precise ser substituído, sua produção não ficará parada por semanas, o que economizará diretamente seu ROI.

Ao combinar as peças de alta qualidade de um fabricante de renome, como a OMCH, no estágio de implementação, você terá a certeza de que a “flexibilidade” prometida pela automação programável é apoiada pela “confiabilidade” que durará décadas.

Preparando suas instalações para o futuro com soluções de automação escalonáveis

A última fase da transição para a automação programável é garantir escalabilidade. Uma instalação verdadeiramente moderna usa projetos modulares para se adaptar ao mercado de automação industrial à medida que ele evolui.

1. Seleção de componentes modulares: Ao escolher sua base de hardware, opte por projetos modulares. O uso de sensores padronizados e módulos de energia permite que você troque, atualize ou expanda suas linhas sem precisar reprojetar todo o gabinete elétrico.
2. A mudança para a IIoT: A preparação para o futuro refere-se à preparação do Internet industrial das coisas (IIoT). Os sistemas programáveis contemporâneos permitem que os sensores não apenas ativem uma ação, mas também forneçam informações sobre sua própria saúde. As principais fontes de dados usadas em manutenção preditiva são codificadores e sensores de alta qualidade, que lhe permitirão substituir uma peça antes que ela se quebre e provoque a parada da linha.
3. Investindo em talentos e parcerias: A automação programável precisa de uma força de trabalho que conheça o software (o código G ou a lógica ladder) e o hardware. Ter um fornecedor com suporte mundial e um enorme estoque significa que sua equipe sempre terá os meios para ser criativa e crescer.

Conclusão

O futuro da automação está nos sistemas programáveis, que facilitam a transição da produção inflexível do passado para a manufatura hiperflexível do futuro. Ao compreender esses exemplos de automação industrial e apoiá-los com uma base de componentes confiáveis, você pode construir uma linha de produção que seja tão resistente quanto versátil. Seja na indústria automotiva ou no processamento de alimentos, o caminho para o sucesso está no equilíbrio entre a programação inteligente e a confiabilidade sólida das peças que a fazem se mover.

Pronto para atualizar suas instalações de fabricação? Entre em contato com os especialistas da OMCH hoje mesmo para encontrar os componentes de alta precisão que estabilizarão sua jornada de automação programável.