Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 245 – 2019



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Indústria Química 4.0
 
 
 
 
As pessoas precisam comer: a indústria alimentos e bebidas é uma da qual não podemos prescindir; é uma indústria que cresce ano a ano, mesmo numa época de contenção de custos, com uma agravante: nesse setor, sacrificar a qualidade do produto para obter um custo menor não é viável, se você quiser se manter no negócio. Então, as empresas buscam maneiras de melhorar a produtividade com automação, seja no processamento ou na embalagem dos alimentos.

E, os tomadores de decisão dessa indústria sabem que os sistemas devem evoluir, atendendo às cada vez maiores exigências do consumidor, o que significa atualizar o equipamento existente, ou comprar um novo, o que acaba sendo um grande desafio. Porque para onde se olhe numa empresa do setor de alimentos e bebidas, se encontra algo que pode ser automatizado, se ainda não foi; e tudo ainda pode ser integrado à nuvem, na busca de otimizar os resultados para o negócio. Então, no futuro, se espera mais automação no chão–de-fábrica, o que equivale dizer que os empregos nessa indústria continuarão a se afastar do trabalho manual – o manuseio humano de produtos é cada vez mais visto como um vetor de contaminação, o que obriga a mão-de-obra a buscar novas habilidades. De qualquer forma, a automação já fincou pé na indústria de alimentos e bebidas.

Mas, como também os defensores da automação devem buscar justificativas financeiras mensuráveis, as empresas estão buscando outras métricas. Porque a própria história da automação industrial é um relato de evolução, onde atuam circuitos lógicos, relés, CLPs, sistemas SCADA, IHMs, medidores, softwares, etc. e, agora, tudo isso deve estar correlacionado com o amplo guarda-chuva da Internet das Coisas Industrial (IIoT) e da Indústria 4.0.

O objetivo agora é compartilhar informações para operar mais rápido, melhor e mais barato, o que vai além da automação da operação, que traz benefícios flexíveis, e é justificada de maneira objetiva, com comparações entre o custo do capital e o custo da mão-de-obra, por exemplo; comunicação mais rápida significa menos tempo de inatividade, e menos movimento físico, etc. A automação para a Indústria 4.0 é mais cara e complicada, o que faz com que as empresas pensem um pouco mais para investir, porque, além dos dispositivos de campo e máquinas com sensores e endereços IP, faz parte da infraestrutura uma rede de comunicação confiável e segura. É preciso se aprofundar para revelar os benefícios, como a redução do uso de energia e o apoio de especialistas à distância, sistemas de localização em tempo real para rastrear objetos e pessoas, etc. Então, é um setor onde existem muitos projetos, mas as empresas são cautelosas na hora de produzir com tudo integrado à nuvem; estão explorando possibilidades com uso extensivo de robótica, veículos guiados automatizados (AGVs), sistemas automatizados de armazenamento e recuperação, etc.

O ROI está sendo calculado pela redução de mão-de-obra, menos paradas, segurança alimentar melhorada, uma pegada menor. E as normas e regulações estão cada vez mais apertadas, fazendo com que o monitoramento em toda a cadeia seja aumentado. Monitoramento sem fio e remoto já acontece há mais de década; o fator impulsionador é o controle e monitoramento em tempo real, 7/24, no armazenamento, no transporte e no ponto de venda, peça a peça, possibilitado por tags ligados à nuvem. Ou seja, qualquer instrumento vinculado a um ponto fixo no chão-de-fábrica é um conceito obsoleto; já é realidade o acesso remoto através de smartphones, tablets e outros dispositivos.

Dispositivos móveis já podem ser usados ????como IHMs portáteis, com a função de controle ainda residindo no controlador central da máquina, com versões que possibilitam alterar diretamente parâmetros em máquinas, através de dispositivos habilitados.

Mas, essa liberdade e flexibilidade, além de um custo diferenciado, muitas vezes, demanda o uso de um PC Industrial (pelo volume de dados e rapidez de resposta, por exemplo). No setor de embalagem, já se tornou um clássico a solução de uso de um PCI da Beckhoff na redução do consumo de matéria-prima e controle de qualidade, na injeção de embalagens plásticas.

Tendo isso em mente, apesar de grandes fabricantes não arriscarem com os makers, hoje, é possível automatizar uma linha de alimentos e bebidas com PCs, que usem softwares de código aberto, e placas, que usam Arduino ou Raspberry. E concorrem aí iniciativas de startups, fazendo com que os fornecedores de automação enfatizem a acessibilidade e a segurança de seus sistemas, baseados em acesso remoto e em nuvem.
 
 
Mas, a medição do impacto das novas tecnologias continua sendo o maior desafio porque, ainda que a Indústria 4.0 prometa desvincular a fábrica dos controles e sistemas convencionais, sem um investimento inicial na infraestrutura necessária, ela será vista como um conjunto de tecnologias de bom uso, mas não necessárias.

Falar de sistemas físicos cibernéticos, IoT, lote um, gêmeos digitais, impressão 3D, e outras tecnologias disruptivas, faz com que os usuários se perguntem onde eles podem se encaixar nesse novo mundo. Como pode o conceito de individualização do processo de fabricação e “tamanho de lote um” ter impacto sobre os negócios de um produtor de laticínios a granel, de óleo vegetal ou de grãos, por exemplo? O grau de previsão necessário para avaliar a mudança depende da maturidade dos negócios e da manufatura.

O The Singapore Smart Manufacturing Readiness Index identifica um modelo de maturidade baseado em processos, tecnologia e organização como os principais componentes que precisam ser trabalhados, para que uma empresa se torne mais inteligente e melhor, no mundo da Indústria 4.0.

O conselho deles é que as empresas aprendam os conceitos da Indústria 4.0; avaliem o estado da empresa, prestando atenção a 16 dimensões; que elaborem um roteiro de transformação digital, projetado para melhorar o nível de maturidade em cada dimensão da fabricação; e entreguem iniciativas de transformação digital, de acordo com esse roteiro, durante um período prolongado.

Então, um fabricante bem digitalizado terá gerenciamento de operações de manufatura digital, gerenciamento de energia, gerenciamento de desempenho de ativos, gerenciamento do ciclo de vida do produto, e sistemas de gerenciamento para ambiente, qualidade, risco, saúde e segurança.

Alguns fabricantes de alimentos, como os fabricantes de ingredientes alimentícios, coletam grandes quantidades de dados de processo em sistemas SCADA, mas quase não têm capacidade de analisar esses dados, perdendo as oportunidades de impulsionar o aprendizado de máquina, e usar a análise de processo para melhorar o negócio.

Pessoas, processos, tecnologias e infraestrutura devem amadurecer juntos, para criar o ambiente certo para que as práticas da Indústria 4.0 sejam bem-sucedidas. Um bom exemplo de como caminhar para a Indústria 4.0 pôde ser conhecido em conferência sobre automação no ano passado, quando um engenheiro especialista do Nestlé Development Center de Marysville, Ohio/EUA, contou sobre a avaliação que a gigante da indústria alimentícia estava realizando para saber mais sobre as inovações tecnológicas da quarta revolução industrial.

A empresa, no Brasil, detalha os pilotos, porém, sabe-se que está na vanguarda em diversas frentes tecnológicas – como no projeto de reuso de água, que chega a quase 100%, eleito um dos melhores pela C&I (leia na edição 242).

Com mais de 400 fábricas em 86 países, a Nestlé vem executando uma série de projetos-piloto, que incluem uma lista de tecnologias disponíveis para suas linhas de enchimento e embalagem, o que vai do monitoramento da condição da máquina à impressão 3D, passando por robôs colaborativos e gêmeos digitais, e incluindo até realidade virtual e aumentada. Alguns modelos demandam tanto tempo e recursos que estão além de qualquer orçamento, hoje.
 
 
As experiências, contudo, têm o pé no chão. Com relação à impressão 3D, o especialista americano da Nestlé reconhece que é uma ferramenta útil para desenvolver um design de pacote, por exemplo. Mas, ao contrário de alguns fabricantes, que já começaram a usar peças impressas em 3D como uma solução de spare parts, a política da Nestlé é contra o uso de impressão 3D como um substituto para peças fornecidas pelo OEM, em máquinas de envase e embalagem. Mas, já são quase duas dezenas de instalações usando cobots, que podem ser inseridos em locais difíceis. Ao seu ver, realidade aumentada (AR) e a realidade virtual (VR) também têm limitações práticas para a indústria de alimentos. Para o especialista, faz mais sentido aplicações que permitem que o construtor de uma máquina veja o que o técnico de um fabricante vê no chão-de-fábrica, o que seria um serviço sem a visita física, porém, com a orientação de um técnico de serviço. Mas, a VR é cogitada para treinamento fora da área de produção. A Nestlé utilizou por muito tempo modelos digitais e simulações de linhas de envase e embalagem para predizer o desempenho de um projeto, o MTBF e MTTR. Com os gêmeos digitais, dados da IIoT podem destacar as diferenças operacionais no desempenho do centro da máquina, ou no desempenho global da linha, a partir de modelos de referência.

Sempre olhando o futuro, a empresa vai seguir seus pilotos, com atenção especial para medições de desempenho e consumo de energia, em direção ao monitoramento das condições das máquinas, porém, a prioridade são os dados de eficiência geral do equipamento (OEE) mais precisos.

A Nestlé Brasil realizou, há cerca de dois anos, um estudo em 23 de suas fábricas aqui, para traçar recomendações sobre como aumentar a eficiência de cada planta, e também uma previsão do capital necessário para implementar as recomendações traçadas. Entre as mudanças sugeridas, estavam a troca de componentes das subestações, ajustes de procedimentos, e propostas de melhorias. A empresa informou, em abril deste ano, que vai investir R$ 680 milhões, até 2020, em tecnologia e inovação, em suas 11 unidades industriais e centros de distribuição, localizados no Estado de São Paulo, principal fornecedor de leite para a empresa, no país. Parte desses R$ 680 milhões integra o investimento de US$ 100 milhões, previsto para este ano no parque industrial da companhia no Brasil, como um todo.

Robôs em ascenção

O estudo Robots 2019: Implementação da Inovação 2, diz que a Inteligência Artificial está no limiar de uma adoção mais ampla, porém, para os robôs autônomos, o futuro é agora. E, há novas tecnologias robóticas, que os pesquisadores ainda não estão dispostos a compartilhar, mas indicam um direcionamento para componentes menores, e habilidades de aprendizado, o que pode fazer com que as fábricas, em breve, utilizarem robôs alimentados por IA, capazes de aprender uma variedade de tarefas, adaptar-se a um ambiente em constante mudança, e operar a partir de um único sistema de controle unificado. A tendência é tornar toda a automação, incluindo a robótica, mais fácil de usar em geral, como um smartphone e, nessa linha, a implantação da robótica no segmento de alimentos e bens de consumo registrou crescimento de quase 50%, em 2017 – segundo relatório da Robot Industry Association.

Um novo sistema de aprendizado desenvolvido pelos pesquisadores do MIT melhora as habilidades dos robôs de moldar materiais e fazer previsões sobre a interação com objetos sólidos e líquidos – conhecido como simulador de partículas, baseado em aprendizado, que poderia dar aos robôs industriais um toque mais refinado. Os robôs são treinados para prever os resultados de suas interações com objetos, como empurrar uma caixa sólida ou picar argila deformável. Os simuladores tradicionais baseados em aprendizado concentram-se em objetos rígidos, e não são capazes de lidar com fluidos ou objetos mais suaves; alguns simuladores baseados em física podem manipular diversos materiais, mas dependem de técnicas de aproximação que introduzem erros quando robôs interagem com objetos no mundo real. Mas, os robôs estão evoluindo rápido.
 
 
Pesquisadores do MIT descreveram um novo modelo que aprende como pequenas porções de diferentes materiais – “partículas” – interagem quando são cutucadas e estimuladas. O modelo aprende diretamente com os dados nos casos em que a física dos movimentos é incerta ou desconhecida. Os robôs podem então usar o modelo como um guia para prever como os líquidos, bem como os materiais rígidos e deformáveis, reagirão à força de seu toque. À medida que o robô lida com os objetos, o modelo ajuda a refinar ainda mais o controle do robô.

Nos experimentos, uma mão robótica com dois dedos, chamada “RiceGrip”, moldou com precisão uma espuma deformável para uma configuração desejada – como uma forma “T” – que serve como um proxy para o arroz de sushi. Em suma, o modelo dos pesquisadores serve como um tipo de cérebro de “física intuitiva”, que os robôs podem usar para reconstruir objetos tridimensionais de maneira semelhante à dos humanos.

Uma pesquisa da ABDI Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, em conjunto com a Fundação Getúlio Vargas, mostra que 45% das empresas fez algum tipo de inovação de seus processos no primeiro trimestre deste ano, registrando melhor resultado dos últimos doze meses. Entre essas empresas, muitas do setor de alimentos estão buscando sua inserção na Indústria 4.0 e, aí os robôs estão ganhando espaço, mais especificamente, os cobots – robôs colaborativos, projetados e construídos para trabalhar ao lado de humanos com tecnologia de segurança embarcada para detectar forças externas, graças ao sistema de limitação de força e potência ajustáveis.
 
 
A ergonomia também é um fator a ser destacado, pois, há uma Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho e Previdência Social – a NR-17, publicada há 40 anos, que exige que as empresas planejem ações, para não prejudicar os colaboradores. Também aí os cobots são aliados, já que dispensam força de trabalho humana de tarefas repetitivas ou perigosas e, ao mesmo tempo, poupam a atuação em cenários agressivos na produção.

Embalando o futuro

A embalagem é um importante fator de compra para o consumidor, chegando a influenciar a escolha de alguns produtos de maneira decisiva – segundo pesquisa da Two Sides no Brasil, ela tem influência na escolha do produto, em 99% dos casos. Inclua-se aí a questão ambiental, que faz com que cada vez mais as indústrias de alimentos e bebidas busquem reduzir o uso de plásticos, usar em fontes renováveis de energia, e fazer uma melhor gestão de resíduos – a Coca-Cola tem a ambiciosa meta de reciclar 100% de suas embalagens, até 2030; a Nespresso implementou um projeto de reciclagem de cápsulas no Brasil; a Danone promove a coleta seletiva por meio de uma rede cooperativa de catadores de materiais recicláveis.
 
 
É uma guerra contra o desperdício de embalagens, que necessariamente passa pela conscientização do consumidor, além das soluções ecológicas, que precisam ter em mente a importância que a embalagem desempenha na proteção dos alimentos e na redução do seu desperdício de alimentos: embalagens bem projetadas levam em conta o ciclo de vida completo. E tudo isso funciona melhor, automatizado.
 
 
Como a segurança alimentar é uma preocupação da cadeia inteira de alimentos e bebidas, a embalagem desempenha um papel fundamental para manter os alimentos seguros. E também os sistemas de entrega precisam garantir que o produto permaneça seguro segundo padrões, especificações e normas. A tecnologia de inspeção ajuda, e esse nicho tem tido crescimento anual projetado de 8,6%, de acordo com associação de embalagem norte americana – não há dados precisos por aqui.

O transporte de alimentos e cargas perecíveis, em geral, exige o monitoramento contínuo das condições de temperatura e umidade, durante todo o trajeto. Para facilitar, a NOVUS oferece o serviço de monitoramento em nuvem, usando a rede de dados de telefonia móvel, em conjunto com data loggers, e uma plataforma de supervisão na web, disponibilizando informação em tempo real; garantindo a confiabilidade e a rastreabilidade das condições de armazenamento; fazendo com que o monitoramento em tempo real tenha geração de relatórios, a partir dos dados registrados; e mantendo notificação de alarmes localmente, por e-mail ou SMS.

E, os se fabricantes de alimentos precisarem inspecionar cada item em suas linhas, as soluções de inspeção e detecção, agora, detectam múltiplas irregularidades com maior precisão e velocidade, e podem evitar ataques às reputações – difíceis de lidar. Entre as tecnologias, estão novidades na inspeção por raios X, sensores capazes de detectar contaminantes não-metálicos, ultrapequenos, incluindo ossos. Os equipamentos de inspeção se tornaram mais sensíveis, e podem fornecer agora informações sobre a forma de um produto e sua densidade, podem fazer contagem e notar itens perdidos ou quebrados, e diferenciam caixas de papelão, recipientes de plástico, embalagens padrão de filmes, folhas ou filmes metalizados e bolsas.

A crescente inserção da indústria no mundo da quarta revolução industrial é indiscutível – o mercado global de IIoT deve chegar a US $ 123,8 bilhões, em 2021, permeando e impactando vários setores. Dado o potencial do setor alimentício de se beneficiar com automação inteligente e conectada, as “modernizações” deveriam ser prioridade, já que a conectividade melhora a qualidade, a segurança e a eficiência, a produção geral por meio da manutenção preditiva, e também reduz custos operacionais.

O aumento na complexidade das linhas no setor alimentício resulta da incorporação de novos componentes de controle, com integração do chão-de-fábrica ao corporativo, e daí com os distribuidores e – quem sabe num futuro próximo? – com os consumidores finais. Os benefícios se justificam, à medida que os usuários respondem às tendências IoT e da Indústria 4.0. Todas essas novidades estão aqui no Brasil na Fispal Tecnologia – ou na PACK EXPO de Las Vegas.
 
Frigorífi co conta com soluções para monitoramento e rastreabilidade
Um frigorífico precisava acompanhar e registrar o processo das estufas para cozimento dos produtos fabricados, e escolheu a NOVUS para ajudar a encontrar a melhor solução de automação, utilizando controladores, indicadores e um sistema centralizado para supervisão e registro, baseado em um servidor que pode ser utilizado até mesmo em futuras expansões.

Inicialmente, foi realizado um levantamento de informações e estudo do sistema, para a elaboração dos projetos elétricos e a instalação do painel elétrico de monitoramento, e dos equipamentos de controle.

Foi criado, então, um aplicativo supervisório com telas gráficas e operação amigável. Ao final dos trabalhos, a NOVUS também disponibilizou os manuais de operação e manutenção do sistema e dos produtos, e ainda ministrou treinamento de pessoal para operar o sistema, e quatro funcionários do frigorífico ficaram responsáveis por multiplicar o conhecimento. Para realizar o trabalho, os produtos NOVUS utilizados foram controladores microprocessados N1200, que fazem o controle das temperaturas, e o FieldLogger com interface RS485, Ethernet e USB, para armazenamento e concentração de informações. A solução proporcionou ao cliente um conhecimento muito maior a respeito do que era produzido em sua empresa, além de auxiliar na redução das perdas, e melhoramento contínuo da qualidade de seus produtos.
 
 
 
 
 
 
 
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