Informação profissional para a indústria metalomecânica portuguesa

As linhas de produção do futuro devem ser flexíveis

A Fábrica do Futuro: 5 tendências da Indústria 4.0

Philipp H. F. Wallner, diretor industrial da MathWorks03/04/2020
À medida que as fábricas procuram ser mais rentáveis, sustentáveis e estar preparadas para o futuro, devem considerar não só como se veem em 2020, mas também em 2025 ou até em 2030. Existem algumas tendências que nos podem ajudar a prever para onde se direcionam as fábricas: a procura dos consumidores por uma maior personalização e individualização, e uma vontade de gerir os recursos mais conscientemente à medida que começamos a pensar no nosso impacto sobre o ambiente e sobre o planeta.
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Embora disponibilizar produtos personalizados e ao mesmo tempo otimizar a utilização de energia, água e outros recursos possa parecer uma contradição, eis aqui cinco formas de começar a avançar para esta realidade futura.

1. Os cobots e a IA tornam-se facilitadores da produção flexível

Durante as últimas décadas, a indústria da automatização foi debatendo a visão do “tamanho de amostra único”: como podem as linhas de produção produzir de forma única, sem ter que efetuar grandes alterações de horário ou outros procedimentos que originam ineficiência. Com a Indústria 4.0, esta visão deve finalmente tornar-se realidade para se cumprir o requisito da completa individualização na produção. Para isso, as máquinas não podem ser instaladas de forma fixa e inflexível na fábrica, onde são postas em funcionamento, se parametrizam e se ajustam para um produto específico que se produz uma e outra vez durante meses ou até anos. As linhas de produção do amanhã devem ser flexíveis, criadas a partir de múltiplos módulos mecatrónicos que possam ser facilmente reordenados, com mais e mais robôs ou “cobots” (robôs colaborativos que trabalham lado a lado com trabalhadores humanos), e de uma IA que parametrize e afine as máquinas de acordo com o próximo bem, individualizado, que seja produzido na linha.

2. A colocação em funcionamento virtual torna-se realidade

À medida que aumenta a complexidade do software e o número de possíveis combinações de componentes de software modulares, a realização de testes exaustivos na máquina física passa a ser mais difícil e requer mais tempo, e com o passar do tempo torna-se impossível. Face a isto, será de vital importância proceder à colocação em funcionamento virtual do software para verificar a ausência de erros e confirmar se são cumpridos os requisitos baseados nos modelos de simulação antes de a linha de produção física estar sequer em funcionamento. Os líderes em inovação, como a Krones, o principal fabricante de linhas de enchimento de garrafas em todo o mundo, já estão a utilizar atualmente modelos de simulação multidomínio para a colocação em funcionamento virtual.

Figura 1. A Krones, na Alemanha, está a utilizar modelos de simulação para criar um Gémeo Digital dos seus sistemas de manuseamento...

Figura 1. A Krones, na Alemanha, está a utilizar modelos de simulação para criar um Gémeo Digital dos seus sistemas de manuseamento. Foto: Krones AG, Matlab Expo 2018. https://www.mathworks.com/content/dam/mathworks/mathworks-dot-com/images/events/matlabexpo/de/2018/digital-twin-of-a-tripod-robot-in-packaging-technology.pdf.

3. O surgimento de normas de toda a indústria para as máquinas conetadas

Com as máquinas e os módulos reorganizados dinamicamente na fábrica, será importante assegurar a interconexão. Os protocolos padronizados, como o OPC UA TSN, desempenharão um papel crucial para assegurar que os equipamentos de diferentes fornecedores interoperam sem problemas. Os cabos inflexíveis desaparecerão e serão substituídos por protocolos sem fios, como o 5G e seus sucessores. Mas as máquinas não estarão apenas conetadas entre si, mas também aos sistemas na nuvem, onde se dispõe de uma potência de cálculo flexível para executar potentes algoritmos sobre dados de negócios e engenharia.

Figura 2. OPC UA como protocolo de comunicação padronizado em soluções industriais de IO. Foto: MathWorks. https://www.mathworks.com/discovery/opc-ua...

Figura 2. OPC UA como protocolo de comunicação padronizado em soluções industriais de IO. Foto: MathWorks. https://www.mathworks.com/discovery/opc-ua.html

4. A ‘edge computing’ (computação periférica) ajuda à evolução da IA e da manutenção preditiva

O rápido aumento da potência de cálculo dos controladores industriais e dos dispositivos de ‘edge computing’, assim como a utilização de sistemas na nuvem, estão a preparar o terreno para uma nova dimensão da funcionalidade dos programas informáticos nos sistemas de produção. Os algoritmos baseados na inteligência artificial otimizarão dinamicamente o rendimento de toda a linha de produção, ao mesmo tempo que minimizarão o consumo de energia e outros recursos. A manutenção preditiva evoluirá e terá em conta os dados não só de uma máquina ou de um sítio, mas também de múltiplas fábricas e de equipamentos de diferentes fornecedores. Segundo os requisitos, os algoritmos serão implantados em plataformas que não sejam em tempo real, assim como em sistemas em tempo real, como os PLC, tal como demonstrou recentemente a Beckhoff na Feira de Hannover, na Alemanha.

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Figura 3. Os algoritmos baseados na IA que são executados em controladores integrados e dispositivos periféricos, como PLC ou PC industriais, ajudarão a reduzir significativamente o consumo de energia na fábrica do futuro. Foto: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Matlab Expo 2019. https://www.matlabexpo.com/content/dam/mathworks/mathworks-dot-com/images/events/matlabexpo/de/2019/1-2-neural-automation-beckhof.pdf

5. Mais oportunidades para a engenharia

Sem dúvida que o maior impacto ocorrerá sobre as pessoas que trabalham na fábrica do futuro. Ao confiar-se na tecnologia e nas ferramentas de empresas como a MathWorks, mais engenheiros e cientistas, e não só os cientistas de dados, trabalharão na área da IA. A fábrica do futuro necessita de engenheiros que possam construir modelos, que se ocupem de grandes conjuntos de dados e que lidem com as respetivas ferramentas de desenvolvimento para fazer frente às tendências mencionadas. Portanto, as empresas que constroem e operam equipamentos industriais necessitam de alterar os seus postos de trabalho e contratar engenheiros qualificados com um perfil completamente diferente, para estarem preparadas para um futuro no qual a Indústria 4.0 é apenas o princípio.

Os líderes em inovação que tenham em conta as tendências anteriores não poderão somente fazer frente aos desafios que a Indústria 4.0 traz consigo. Irão beneficiar das técnicas que surgem com a transformação digital, como a colocação em funcionamento virtual e os gémeos digitais baseados em modelos de simulação, assim como da funcionalidade avançada da IA aplicada a quantidades cada vez maiores de dados de engenharia e de negócios. E serão capazes de tornar esta vantagem tecnológica num benefício sustentável para os seus negócios durante as próximas décadas.

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