Revista Controle & Instrumentação Edição nº 245 2019
|
|
¤
Cover Page
|
|
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. |
|
|
|
|
|
|
|
|
LEIA MAIS
NA EDIÇÃO IMPRESSA |
|
DESEJANDO
MAIS INFORMAÇÕES: redacao@editoravalete.com.br
|
|
|
Clique na capa da revista para
ler a edição na íntegra |
|
|