Conceitos expandidos e flexíveis

Circulam no país, hoje, cerca de 240 modelos e 70 deles são fabricados localmente. O mercado brasileiro possui hoje 20 fábricas de automóveis e figura entre os cinco maiores mercados do mundo – no ano passado foram vendidos 3,6 milhões de unidades. Existem planos de novas plantas – em diferentes estágios – por parte de empresas como Fiat, Toyota, Chery, GM e BMW, sem contar com ampliações e modernizações. O Conselho Automotivo – um dos 19 grupos setoriais de competitividade criados no Plano Brasil Maior – realizou sua primeira reunião no início de abril. Mas um dos principais pontos do novo regime automotivo, para o período de 2013 a 2017, ainda não foi divulgado: técnicos do governo preparam uma tabela com metas de eficiência energética para os veículos fabricados aqui, a exemplo do que as montadoras já são obrigadas a cumprir em outros países.

O objetivo é exigir um consumo cada vez menor de combustível por quilômetro e a consequente redução de emissões de gases de efeito estufa. Com partes standards e muita expertise, as montadoras produzem uma boa gama de veículos ao redor do mundo. Mesmo as montadoras asiáticas já buscam os mesmos fornecedores mundiais para implantar linhas de produção capazes de atender ao gosto de países acostumados com alta qualidade e confiabilidade. Mas seja onde for, as montadoras procuram soluções inovadoras para aumentar sua produtividade e qualidade – encontradas nas linhas também flexíveis de fornecedores de automação. Gustavo Sepulveda, gerente geral de Robótica da ABB, e Daniel Coppini – gerente de negócios do Segmento Automotivo da Siemens, nos deram uma boa visão da automação no setor automotivo brasileiro.

A automação da indústria automobilística brasileira está no mesmo nível dos países desenvolvidos e deva-se isso ao mercado consumidor. O Brasil tem uma alta produção de carros e não pode ficar com tecnologias atrasadas, com tempos de ciclo maiores. "A automação demanda segurança que deve ser cumprida e isso não pode depender do lugar onde a planta está instalada. É muito comum que as empresas automobilísticas desenvolvam desenhos e repliquem essas soluções em vários países, entre eles, o Brasil", lembra Gustavo. Coppini ressalta que os recentes projetos da indústria automotiva brasileira seguem os padrões das respectivas matrizes, algumas com altíssimo grau de automação, e outras com conceitos menos abrangentes. "No Brasil, grande parte da produção de veículos ainda depende de plantas antigas, com baixo conteúdo de automação e muita tecnologia obsoleta, mas há uma tendência nos últimos anos de projetos de renovação e automação de algumas destas plantas, sinal de uma preocupação maior com custos operacionais, segurança e eficiência".

A porcentagem de automação nas plantas depende muito de qual área do processo se está falando. No powertrain e no body shop, por exemplo,o conteúdo de automação é normalmente maior sendo que nas linhas de montagem o conteúdo é menor em relação ao investimento total. Portanto, depende muito de cada projeto; existem empresas globais que preferem automatizar o máximo possível (85%) enquanto outras automatizam bem menos. Montagem: nível de automação depende de cada projeto A forma como se desenvolvem os projetos também depende da parte do processo. Para pintura é muito comum um contrato turn key por exemplo. Numa planta que produz transmissões geralmente são inúmeros fabricantes de máquinas, já que o processo tem tecnologias bem diversas com diversos tipos de usinagem, linhas de montagem e controles automáticos de qualidade. Muitas empresas do setor têm também alguma capacidade própria de execução de projetos, com departamentos de ferramentaria capacitada para fazer desde um retooling do body shop para um "face lift" (alterações menores no design de um modelo), em alguns casos podendo até construir linhas inteiras de ampliação ou novo produto. "Por isso a Siemens atua neste mercado oferecendo para integradores e fabricantes de máquinas especializados para cada processo sistemas de automação com arquiteturas incluindo PLCs, drives, comandos numéricos, sistemas de controle especializados para aplicações específicas. Em alguns casos até atuamos como fornecedor de soluções integradas".

Na indústria automobilística, o PLC reina absoluto pois tem um conceito que se encaixa melhor nas aplicações automotivas, por ela ser uma indústria quase exclusivamente de "fabricação discreta", num processo onde cada etapa de produção consiste em uma transformação em uma determinada peça. Isso vale para todas as etapas produtivas das montadoras e a maioria dos processos em autopeças. "As aplicações da Siemens se baseiam em protocolos abertos de rede amplamente utilizados em todas as indústrias, como o Profibus e o Profinet. Além disso, as funcionalidades destes componentes são ampliadas com a utilização de perfis como o de Profisafe que permite a inclusão de funções de segurança no mesmo barramento usado para os dados de processo", completa Coppini. A robótica é considerada uma parte importante da automação, tanto o braço manipulador e seu controlador como a integração do mesmo na linha de produção com o PLC e equipamentos periféricos como o transportador, o equipamento de solda, o equipamento de corte, etc. Coppini lembra que a interface dos PLCs com os robôs é um dos grandes desafios para um bom conceito de automação para uma montadora. "Por isso a Siemens procura realizar as arquiteturas de automação com produtos modulares e escalonáveis, e com protocolos de redes consolidados no mercado, permitindo assim flexibilidade e melhor custo/beneficio nas aplicações, independente do grau de automação", acrescenta.

Já as Autopeças possuem os mais diversos processos produtivos, e por isso encontramos conceitos de automação bem diferentes dependendo de qual peça esteja sendo produzida. Existe desde a indústria eletrônica nos componentes de controle de motores e painéis, até uma indústria com conteúdo de indústria química como a de pneus. Mas no geral as Autopeças possuem os processos de estamparia, usinagem, células de solda e linhas de montagem, e aqui a automação se aproxima bastante de uma montadora, ainda que aplicada a linhas relativamente mais simples. Por isso a importância dos fornecedores de tecnologia possuírem uma linha de automação abrangente, modular e facilmente adaptável para necessidades diferentes, que se adapte a toda variedade de processo e qualquer tipo de indústria. Gustavo lembra que as normas de qualidade, segurança e meio ambiente têm influenciado cada vez mais a automação nesse e em outros segmentos. A indústria automotiva é inovadora e sempre em sintonia com as últimas tendências.

Dessa forma, as normas de segurança e tendências de sustentabilidade chegam fortes. "Nossas tecnologias de Segurança Integrada que flexibilizam a implantação de novas normas de segurança, conceitos de motorização mais eficientes e inovadoras que colaboram na eficiência energética, são pontos muito procurados". A Siemens inclusive, em parceria com algumas montadoras, desenvolve padrões de automação com o objetivo de reduzir custos e tempos de implantação de novas linhas. Esses padrões definem desde os componentes de hardware a serem utilizados em determinada aplicação até painéis-padrão que agilizam a montagem de qualquer arquitetura. Em alguns casos o conceito chega até o ponto de definir blocos de lógica para elementos tecnológicos tornando o software de controle da instalação mais padronizada e mais fácil de ser desenvolvida mantida. A topologia de uma fábrica de automóveis tem a característica de várias células de produção, de modo que não se encontra com frequência uma sala de controle, mas sistemas de informação em painéis pela fábrica Andon Boards - e soluções de MES que concentram dados de cada célula e realizam interface entre a gestão da planta e o chão de fábrica.

Os sistemas MES - como o Simatic IT da Siemens - oferecem a visão geral em tempo real do andamento da produção permitindo a avaliação e eventual ação corretiva ou preventiva de algum evento que impacte a performance da planta. Da mesma forma, os testes de controle de qualidade, bem como dados de processo que precisem ser rastreados são normalmente coletados pelo PLC de controle local, e armazenados em algum sistema de informação, onde podem ser analisados, utilizados para estatísticas e arquivados como histórico. As montadoras também utilizam softwares de simulação - em suas matrizes e no Brasil. São softwares para simulação de processos de manufatura onde o objetivo pode ser identificar gargalos na linha de produção, avaliando, por exemplo, a quantidade de recursos necessários para uma expansão da capacidade produtiva ou até mesmo dimensionar corretamente o tamanho do buffer na linha para minimizar o gargalho em um ponto da linha de produção. Outro objetivo da simulação é identificar quantos robôs são necessários para uma determinada operação, além de informar se uma estação de trabalho esta ergonomicamente correta. Estas aplicações são utilizadas para implantar novos produtos ou otimizar os processos atuais. Coppini ressalta que a Siemens oferece algo muito além da simulação: uma plataforma ferramentas de PLM que ajuda os fabricantes de automóveis e seus fornecedores a gerenciar a complexa realidade da indústria automotiva atual, procurando integrar ferramentas usadas para o desenho do produto, simulações e validações, desenho dos meios produtivos, simulações e validações, em todas as etapas do processo.

O fluxo de dados segue diversos caminhos, de acordo com a estratégia de implementação escolhida e a plataforma existente, no caso de uma instalação híbrida. A integração de dados vai utilizar as redes e processadores disponíveis e padrões de intercâmbio universal de dados como o OPC. A aquisição de dados de produção utiliza também identificação por rádio frequência (RFID) usando TAGs de memória afixados nos produtos/pallets/ skids acompanhando a movimentação das peças em cada etapa do processo. Com o advento do Profinet, padrão aberto de comunicação industrial baseado em Ethernet, o mundo da automação pode finalmente se beneficiar de todo o desenvolvimento do mundo da TI. Como o mundo de TI tem uma escala de utilização muito maior, é natural que muito mais investimentos em desenvolvimento de soluções para melhorias em desempenho, segurança, flexibilidade e custo sejam feitos. Como o Profinet é um padrão 100% compatível com o Ethernet, todas essas evoluções são imediatamente aplicáveis no campo de TA, entre elas, a flexibilidade de topologia com uso de switches e roteadores, a flexibilidade das soluções wireless, a segurança dos firewalls e as facilidades da internet juntamente com VPNs para comunicação até entre diferentes localidades. Hoje, pode-se finalmente implantar uma arquitetura de automação desde o ERP até o último sensor do chão de fábrica, usando como comunicação o mesmo barramento de dados de uma forma eficiente e com excelente custo/beneficio e transparência. As principais etapas de processo de uma montadora são a estamparia (press shop), montagem de carroceria ou funilaria (Body in White – BIW ou body shop), a pintura (paint shop), e a montagem final.

Também há a área de powertrain, que inclui usinagem e montagem de motores e câmbios. Nas etapas de press shop e powertrain as aplicações de usinagem e estamparia exigem controles de movimento específicos e de altíssima precisão. As etapas de funilaria, pintura e montagem final ou de motores e câmbio são aplicações típicas para PLCs, onde uma arquitetura balanceada de CPUs centralizadas de alto desempenho e I/Os bem como CPUs mais compactas e distribuídas podem atender a todos os tipos de arquitetura. "Aqui os produtos Sinumerik e Simotion, a linha Step7 300, as ET200s da Siemens se destacam como os módulos tecnológicos que conseguem a performance adequada", comenta Coppini. Gustavo conta que a ABB fornece robôs e soluções turnkey para cada uma destas áreas, atuando desde a fase de desenho conceptual, o detalhamento, a manufatura dos componentes, a integração dos equipamentos, instalação na planta do cliente, a programação final e o comissionamento. A ABB trabalha tanto com os fabricantes de autopeças (Tier 1s) como com os fabricantes de automóveis (OEMs). "Trabalhamos de maneira local e global, buscamos dar soluções independentemente da localização de nosso cliente. Temos centros de excelência que ajudam com seu conhecimento e junto com as equipes locais garantem que o cliente tenha sempre a melhor solução", conta Gustavo. "O diferencial é que a Siemens, com o que denominamos TIA (Totally Integrated Automation), oferece um conceito completo para todas essas aplicações dentro de uma mesma filosofia de trabalho.

Desta forma, apresentam-se vantagens para integradores e clientes finais como: os intertravamentos de todas essas diferentes aplicações podem ser feitas com a mesma ferramenta de programação, usando a família Simatic Step7 como plataforma de PLC; os acionamentos de drives de todos os tipos de motorização atendem desde motores convencionais, passando por servo-motores chegando até motores lineares; toda a base de variáveis e simbólicos criados para o desenvolvimento da lógica de intertravamento é compartilhada no ambiente de desenvolvimento; a visualização e configuração dos painéis (IHMs) se baseia na mesma base de dados da programação de PLC, que aumenta a qualidade dos projetos e reduz o custo da engenharia significativamente; o desenvolvimento de funções de segurança segue exatamente o mesmo principio das funções de processo, compartilha das mesmas ferramentas e linguagens de programação, utiliza o mesmo barramento de dados e até as mesmas remotas de entradas e saídas". Existem diversos projetos onde o uso do conceito ampliado de simulação, aliado a uma boa arquitetura voltada ao processo permite uma drástica redução de complexidade da aplicação, uma topologia mais limpa e uma instalação muito mais enxuta. "Recentemente implantamos uma linha de pintura na indústria automotiva, onde uma arquitetura originalmente composta por cinco diferentes redes de dados e dois modelos de controladores completamente diferentes um para processo outro para segurança foram substituídos por uma única rede Ethernet e um único modelo de PLC controlando processo e segurança.

Na rede Ethernet todas as informações de diagnóstico, supervisório, e configuração convivem com os dados de processo e segurança comunicando em Profinet. Essa rede foi implementada em um anel de fibra ótica redundante ligando diversas áreas da instalação e os supervisórios, e sendo derivada com uso de switches gerenciáveis para as respectivas áreas produtivas. O PLC concentrou dentro de um só programa elaborado em uma só ferramenta, todas as lógicas de processo e de segurança da instalação. Para simplificar mais ainda a instalação foram utilizados diversos elementos de campo como módulos de entradas e saídas, partidas de motores e acionamentos com grau de proteção IP65, permitindo uma distribuição muito eficiente dos elementos de controle, sem a necessidade de painéis, já que esses equipamentos são montados diretamente na estrutura dos dispositivos", conta Coppini.

Com o dinamismo do mercado, as montadoras investem cada vez mais na flexibilização do sequenciamento de produção. Desta forma, sistemas de buffers com seletividade de modelos e cores, além de sistemas de informação e de logística de abastecimento de linha de montagem permitem que um novo pedido de um produto específico seja programado já muito próximo da entrada deste carro na montagem final. Com uma linha altamente automatizada, e um sistema de informação bem estruturado, as tomadas de decisão de fluxo de produção acabam naturalmente permitindo uma maior flexibilidade. Um grau de automação maior permite maior flexibilidade também na hora de se implantar novos modelos ou novas versões em uma linha já existente, permitindo melhor aproveitamento do investimento e velocidade para inovar o portfólio. Agora é possível uma mesma linha produzir vários modelos diferentes de automóveis porque ferramentais e partes mecânicas são flexíveis e adaptáveis para várias peças e esta mudança de modelo pode ser feita automaticamente!