O que é automação industrial? Tipos, processo de implementação e principais benefícios

Definição de automação industrial: Escopo e princípios fundamentais

A automação industrial envolve a aplicação de sistemas de controle, máquinas, software e outras tecnologias de informação para gerenciar processos de fabricação e produção industrial. O objetivo é reduzir os operadores humanos e aumentar a eficiência da produção, a qualidade do produto, a confiabilidade do sistema e minimizar o custo e o risco da produção.

A automação na indústria evoluiu da simples mecanização para sistemas mais complexos e digitalmente integrados, incluindo o sistema de automação industrial e as soluções de automação que alimentam as fábricas modernas. Ela serve como a espinha dorsal da tecnologia de automação industrial e dos processos de fabricação inteligentes.

Três elementos principais da automação:

1. Sistema de controle: Dispositivos como PLC (Programmable Logic Controller, controlador lógico programável) e DCS (Distributed Control System, sistema de controle distribuído). Eles são os “cérebros” do sistema de automação, executando a lógica e as instruções predefinidas.
2. Sensoriamento e feedback: Os sensores monitoram os parâmetros físicos (temperatura, pressão, posição) em tempo real. Esses dados são enviados de volta ao sistema de controle para obter um controle de malha fechada.
3. Acionamento: Mecanismos responsáveis pela conversão de comandos do sistema de controle em ações físicas, como motores, válvulas e robôs. Eles são os “membros” do sistema de automação.

O que é automação industrial? Não se trata apenas de substituir o trabalho humano; ela é precisa, rápida e estável - características que os trabalhadores humanos não conseguem igualar. Ela permite que as fábricas operem 24 horas por dia, 7 dias por semana, garantindo que cada lote de produção atenda a altos padrões de qualidade consistente. À medida que entramos no Setor 4.0, a automação é fundamental para a transformação digital dos setores, proporcionando às empresas uma vantagem competitiva no mercado global.

Os 4 principais tipos de automação industrial

A automação nas indústrias não é uma tecnologia única. Existem quatro tipos fundamentais, dependendo do tamanho dos lotes de produção, da complexidade do produto e dos requisitos de flexibilidade. As empresas precisam selecionar o tipo apropriado, dependendo da situação.

1. Automação fixa

• Características: Projetado para produção de alto volume com um único tipo de produto e processos fixos. Isso também é conhecido como automação rígida. Uma vez instalado, as alterações são muito caras.
• Aplicativos: Montagem de automóveis, fabricação de peças em larga escala, produção contínua em setores como o petroquímico. Isso geralmente envolve uma linha de montagem estática.
• Vantagens: Taxas de produção extremamente altas e custos unitários baixos.

2. Automação programável

• Características: Adequado para produção em lote, exigindo trocas de produtos entre lotes. Os sistemas (como máquinas CNC, PLCs) podem ser reprogramados para executar diferentes tarefas e sequências de operações.
• Aplicativos: Processamento de peças em lote, montagem de eletrônicos, enchimento de lotes em alimentos e bebidas.
• Vantagens: Oferece alguma flexibilidade; econômico para volumes médios de produção.

3. Automação flexível

• Características: Versão avançada da automação programável, que permite mudanças rápidas entre diferentes produtos sem parar o maquinário ou fazer grandes alterações no hardware. Também é conhecida como automação suave. Utiliza robôs multifuncionais e sistemas de controle mais sofisticados.
• Aplicativos: Aeroespacial, fabricação de eletrônicos de consumo personalizados.
• Vantagens: Flexibilidade e adaptabilidade muito altas, permitindo uma resposta rápida às mudanças do mercado.

4. Automação integrada

• Características: Todos os subsistemas da fábrica (MES, ERP e todos os sistemas de controle) são interconectados por meio de uma rede. Isso permite a integração completa do fluxo de informações e do fluxo de controle. Esse é o principal objetivo do Industry 4.0.
• Aplicativos: Fábricas inteligentes, armazéns sem equipe, gerenciamento complexo da cadeia de suprimentos.
• Vantagens: A eficiência da produção, a utilização de recursos e a velocidade de decisão atingem o nível mais alto.

Omch fornece suporte total para automação integrada

A automação integrada de alto nível exige a coordenação e a confiabilidade dos componentes do sistema em todos os níveis. A Omch, sendo um fabricante completo de automação industrial e produtos elétricos de baixa tensão, tem a vantagem de fornecer uma ampla gama de componentes e soluções de automação. Independentemente do tipo de automação que o cliente requer, sejam elementos sensores de baixo nível e relés de controle de nível médio, ou as fontes de alimentação necessárias e os produtos de distribuição de baixa tensão (como disjuntores e contatores) que tornam o sistema estável, a Omch pode oferecer serviços de seleção e aquisição em um só lugar. Isso garante a compatibilidade e o alto desempenho dos componentes.

Hardware essencial: Sensores, atuadores e controle

O método mais óbvio de explicar como a automação industrial funciona é por meio de sua forma hierárquica tradicional, a pirâmide da automação. Esse modelo divide as funções de sistemas complexos em três níveis principais.

A hierarquia clássica de automação em três níveis

1. Nível de supervisor:
   • Função: No topo da pirâmide, ele lida com a visualização do processo, a aquisição de dados (SCADA) e a configuração de parâmetros. Normalmente, ele gerencia vários sistemas de controle.
   • Equipamentos: PCs industriais (montados em painel ou em rack), que executam sistemas operacionais padrão com software específico de controle de processos industriais.
   • Comunicação: Ethernet industrial (Gigabit LAN ou WLAN), para transmissão de dados em alta velocidade.
2. Nível de controle:
   • Função: O “cérebro” do sistema, que executa programas de automação em tempo real.
   • Equipamentos: Controladores lógicos programáveis (PLCs) ou sistemas de controle distribuído (DCS). Os PLCs têm capacidade de computação em tempo real e fazem interface com vários dispositivos de entrada/saída.
   • Comunicação: Protocolos de fieldbus (como CAN, Profinet) ou protocolos sem fio específicos.
3. Nível de campo:
   • Função: Interage diretamente com o ambiente físico, realizando medições e ações.
   • Equipamentos: Sensores (temperatura, pressão, proximidade, fotoelétricos) e atuadores (motores, solenoides, cilindros hidráulicos/pneumáticos, interruptores).
   • Comunicação: Comunica-se com o PLC por meio de um barramento de campo ou conexões ponto a ponto para diagnóstico e controle.

A vantagem da Omch: Componentes de automação e energia

O desempenho e a confiabilidade de qualquer sistema de automação robusto dependem da qualidade dos componentes usados em cada nível.

A Omch é uma empresa que fabrica produtos abrangentes e esse é o seu principal valor. Temos uma linha de produtos que atende aos requisitos de nível de controle (diferentes relés, contadores) e de nível de campo (sensores, interruptores, componentes pneumáticos). Mais especificamente, também oferecemos os produtos elétricos de baixa tensão necessários (como fontes de alimentação comutadas, disjuntores a ar (ACB), disjuntores miniatura (MCB) e contatores) para energizar com segurança todo o sistema. Esse fornecimento de fonte única facilita muito o gerenciamento da cadeia de suprimentos do cliente. Além disso, proporciona compatibilidade e confiabilidade sem problemas dos equipamentos de automação e da infraestrutura elétrica.

Principais benefícios: Eficiência, qualidade e ROI

Investir em automação industrial é uma decisão estratégica. Seu valor é refletido em várias dimensões importantes:

1. Maior produtividade e rendimento

• Operação 24 horas por dia, 7 dias por semana: As máquinas não precisam de descanso; elas podem funcionar 24 horas por dia, aumentando significativamente a produção total.
• Redução do tempo de ciclo: A automação reduz o tempo de ciclo, aprimorando os recursos de produção em massa.

2. Melhoria da qualidade e da consistência

• Eliminação de erros humanos: As máquinas oferecem repetibilidade extremamente alta, reduzindo as taxas de erro a quase zero. Isso garante que cada produto atenda aos padrões exatos.
• Controle de qualidade em tempo real: Os sensores e os sistemas de visão mecânica detectam defeitos em tempo real, interrompendo ou corrigindo o processo imediatamente quando ocorre um erro.

3. Segurança e condições de trabalho aprimoradas

• Os trabalhadores são afastados de tarefas de alto risco, perigosas ou tediosas. Por exemplo, os robôs realizam soldagem, levantamento de peso ou manuseio de materiais tóxicos, reduzindo significativamente a taxa de acidentes.

4. Redução de custos e ROI mais rápido

Embora o investimento inicial seja alto, a economia de custos a longo prazo com a automação é substancial:

• Custos operacionais mais baixos: Redução da dependência de mão de obra direta; controle preciso do consumo de energia e matéria-prima.
• Redução de resíduos: A maior precisão resulta em menos sucata e desperdício de material.
• ROI acelerado: A produção mais alta e os custos unitários mais baixos reduzem o período de retorno do investimento.

Uma opção confiável para a otimização do ROI

A confiabilidade de longo prazo e a eficiência operacional são importantes para determinar o retorno sobre o investimento (ROI) da automação. A Omch tem uma base de clientes de mais de 72.000 em todo o mundo e mais de 3.000 SKUs. Temos certificações internacionais em nossos produtos, incluindo CCC, CE, RoHS e ISO9001. A qualidade da automação industrial e dos produtos elétricos de baixa tensão da Omch garante a operação estável dos sistemas ao longo do tempo, o que minimiza o tempo de inatividade. Isso maximiza diretamente a produtividade do cliente e o uso de energia, acelerando o ROI.

A automação passo a passo do processo industrial

A implementação bem-sucedida da automação é um projeto sistemático, geralmente dividido em automação de processos industriais:

1. Estudo de viabilidade e análise de requisitos

• Objetivo: Determinar quais processos podem ser automatizados. Defina metas claras de desempenho (KPIs) e orçamento.
• Atividades: Analisar os processos existentes, identificar gargalos e realizar avaliação financeira (análise de ROI).

2. Projeto e especificação do sistema

• Objetivo: Determine o tipo de automação, a arquitetura do sistema e os componentes necessários.
• Atividades: Selecionar a plataforma de controle (PLC ou DCS), projetar a lógica de controle e desenhar diagramas de circuito e layout.

3. Aquisição e integração de componentes

• Objetivo: Adquirir todo o hardware e software. Iniciar a instalação e a integração.
• Atividades: Adquirir sensores, atuadores, equipamentos de controle e sistemas de distribuição elétrica. Realizar a instalação mecânica e a fiação elétrica.

Simplificando o suprimento e acelerando a integração

O estágio de aquisição e integração de componentes geralmente está associado a problemas de compatibilidade entre marcas e atrasos na cadeia de suprimentos. A Omch é uma fabricante completa de produtos elétricos de baixa tensão e automação industrial, fornecendo uma solução completa, começando pela distribuição de energia (MCB, ATSE) e controle (relés, interruptores). Temos mais de 3.000 SKUs e 7 linhas de produção que fazem entregas rápidas. Além disso, temos 86 filiais na China e uma rede de distribuidores em mais de 70 países/regiões que oferecem entrega rápida e suporte técnico localizado. Isso facilita muito a cadeia de suprimentos do cliente e acelera a implementação do projeto.

4. Programação e depuração

• Objetivo: Traduzir a lógica de controle em código de programa. Realizar testes funcionais no local.
• Atividades: Escreva programas PLC, configure interfaces HMI/SCADA e realize testes de segurança e verificação de entrada/saída (E/S).

5. Comissionamento e otimização

• Objetivo: Colocar o sistema em plena produção. Faça o ajuste fino contínuo para obter o desempenho ideal.
• Atividades: Treinamento de operadores, fornecimento de documentação, monitoramento contínuo de dados e otimização de desempenho.

Aplicativos de Tecnologia de Automação Industrial

A tecnologia de automação industrial se espalhou por quase todos os setores de manufatura e processos. Aqui estão alguns exemplos importantes:

1. Fabricação de automóveis

• Aplicativo: Uso extensivo de automação fixa e robôs industriais. Os robôs lidam com soldagem de alta precisão, pintura e montagem complexa.
• Valor: Garante a rigidez consistente da carroceria e a qualidade da pintura; reduz significativamente os ciclos de produção.

2. Alimentos e bebidas

• Aplicativo: Usa automação programável e automação flexível para enchimento, embalagem, classificação e inspeção de qualidade em alta velocidade.
• Valor: Garante a higiene do produto e a rastreabilidade do lote; usa visão mecânica para detecção de defeitos.

3. Logística e armazenagem

• Aplicativo: Veículos guiados automatizados (AGVs), shuttles e classificadores de alta velocidade. Isso se enquadra na Automação Integrada.
• Valor: Otimiza a utilização do espaço do armazém; permite operações 24 horas por dia, 7 dias por semana, sem equipe ou com equipe mínima, aumentando a velocidade de processamento de pedidos.

4. Indústrias de processo

• Aplicativo: Setores como o petrolífero, químico e de energia usam principalmente DCS e automação fixa para controle contínuo de temperatura, pressão e fluxo.
• Valor: Garante a segurança da produção e maximiza a eficiência energética.

Navegando pelos principais desafios: Integração e segurança cibernética

As empresas devem enfrentar os principais desafios durante a implementação da automação:

1. Complexidade da integração do sistema

• Desafio: Tradicionalmente, existem silos de informações entre a tecnologia operacional (TO) e os sistemas de tecnologia da informação (TI) da empresa. O software e o hardware fornecidos por outros fornecedores são difíceis de integrar.
• Solução: Adotar protocolos de comunicação padronizados (como o OPC UA). Escolha fornecedores que possam oferecer uma gama completa de soluções.

Simplificando a integração, garantindo a compatibilidade

A Omch é um fabricante abrangente e tem uma força especial na solução de problemas de integração. Nossos produtos de automação e produtos elétricos de baixa tensão são compatíveis e padronizados. Isso economiza significativamente o trabalho complicado que os clientes têm de fazer para combinar e integrar diferentes subsistemas (energia, distribuição, controle). Nosso foco é a cobertura total / multicategoria / multiespecificação para garantir que nossos clientes não caiam na armadilha da compatibilidade da aquisição de várias marcas.

2. Riscos de segurança cibernética

• Desafio: O Industry 4.0 abre os sistemas de TO para a Internet, e eles são suscetíveis a ataques cibernéticos, o que coloca em risco a segurança da produção.
• Solução: Aderir aos padrões de segurança industrial, como o IEC 62443. Instalar segmentação de rede e firewalls industriais. Realize auditorias de segurança frequentes.

3. Lacunas de habilidades

• Desafio: A automação exige técnicos altamente qualificados com conhecimento interdisciplinar (mecânica, elétrica, programação, análise de dados). Esses talentos são escassos.
• Solução: Investir na reciclagem e no aprimoramento das habilidades dos funcionários. Formar relacionamentos de suporte técnico de longo prazo com os fornecedores. A resposta rápida 24 horas por dia, 7 dias por semana e o suporte completo ao processo (da seleção do produto ao suporte da solução) oferecidos pela Omch têm o objetivo de complementar as necessidades de suporte técnico dos clientes.

Perspectivas futuras: Indústria 4.0 e além

O futuro da automação industrial é a inteligência e a autonomia. As tendências futuras se concentrarão nessas tecnologias essenciais:

1. Inteligência Artificial e Aprendizado de Máquina (AI/ML): A IA passará para o controle e a tomada de decisões em vez da análise de dados. Ela atingirá o controle autoadaptativo, a programação inteligente e a manutenção preditiva mais precisa. Os sistemas serão auto-otimizados.
2. Gêmeo digital: Com o desenvolvimento de uma cópia digital perfeita de objetos físicos no ambiente virtual, as empresas podem modelar, experimentar e otimizar toda a linha de produção antes da implementação. Isso economiza muitos riscos e custos.
3. Computação de borda: O processamento de dados está mais próximo dos sistemas de controle do chão de fábrica, com controle e tomada de decisões em tempo real de latência ultrabaixa. Isso é essencial para os sistemas de automação de alto desempenho.
4. Colaboração entre humanos e robôs (HRC): Os cobots se tornarão a norma. Eles operam em um ambiente seguro com trabalhadores humanos, com flexibilidade cognitiva humana e força e precisão das máquinas.

A automação nas indústrias está evoluindo do conceito de máquinas que executam tarefas predefinidas para o conceito de sistemas que aprendem e se otimizam. Isso significa que os futuros elementos de automação não devem ser apenas confiáveis, mas também altamente conectáveis e capazes de processar dados, a fim de dar suporte à visão do Industry 5.0.