Edição 225 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 225 – 2017

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Paineis, Fios e Cabos visão geral básica

Um robô industrial é um manipulador projetado para mover materiais, peças e ferramentas e realizar tarefas programadas em diversas configurações de produção; são automatizados, programáveis e capazes de se movimentar em vários eixos. Para muitos, um robô industrial é um braço robotizado e classificado de acordo com o tipo de movimento (graus de liberdade), aplicação (processo de fabricação), arquitetura (serial ou paralela) ou marca. Ou ainda pelo novo qualificador, colaborativos ou não.

Analisando como os robôs mudarão o espaço de produção, a IDC publicou recentemente um relatório sobre o futuro deste mercado, (IDC FutureScape: Worldwide Robotics 2017 Predictions) que descreve mudanças nos modelos de negócios, na paisagem competitiva, regulamentos, talentos e casos de uso, todos impulsionados por avanços tecnológicos em inteligência artificial, visão computacional, navegação, tecnologias de sensores e semicondutores.

A IDC prevê que grande parte do crescimento do robô acontecerá fora do tradicional chão de fábrica, indicando que 35% das principais organizações em logística, saúde, serviços públicos e recursos explorarão o uso de robôs para automatizar as operações até 2019.

As outras dez principais previsões incluem o fato de que 30% das organizações utilizarão o Robô como Serviço para redução dos custos de utilização; em 2020, as empresas terão uma maior escolha de fornecedores, já que novos players entrarão no mercado de tecnologia de informação e comunicação de US$ 80 bilhões para apoiar a implantação de robótica; 35% dos empregos que demandarem conhecimento de robótica não serão preenchidos enquanto o salário médio desse nicho aumentará 60%; mas a robótica enfrentará a regulação – até para preservar empregos e abordar preocupações de segurança, privacidade e segurança.

O estudo também prevê o Robô Definido por Software já que em 2020 60% dos robôs dependerão de softwares baseados em nuvem para definir novas habilidades, capacidades cognitivas e programas de aplicação, levando à formação de um mercado de nuvem robótica. A IDC aposta também que até 2019, 35% das principais empresas de logística, saúde, serviços públicos e recursos explorarão o uso de robôs para automatizar suas operações e que ainda em 2018, 45% das 200 principais empresas mundiais de e-commerce e comércio de omni-channel implementarão sistemas robóticos em suas operações de entrega.

De qualquer forma, 2016 viu crescerem as ordens e remessas de robôs em aproximadamente 10% sobre os números de 2015, com algumas aplicações aumentando muito sua automação: as aplicações em montagens cresceram 61%; as encomendas para o setor de alimentos e bebidas subiram 32%; a aplicação de solda por ponto robotizada cresceu 32%; e o setor automotivo, tradicional usuário de robótica, aumentou em 17% suas encomendas.

É um fato. Robôs estão se tornando comuns e são quatro as principais forças que impulsionam esta tendência: aumento de produtividade, trabalho colaborativo, soluções de longo prazo e custos. Mas a força mais impactante por trás do crescimento da robótica é o aumento significativo da produtividade que os robôs proporcionam – eles são mais rápidos, mais precisos e geram menos desperdício do que os trabalhadores, têm altos níveis de repetibilidade com qualidade e podem lidar com processos de inspeção e montagem em um volume e ritmo mais altos do que os humanos. Então, embora o investimento inicial seja alto, os robôs oferecem ótimo retorno sobre investimento ao mesmo tempo que aumentam a produção. Robôs e a formação de pessoal para lidar com eles geram investimentos significativos, mas – ao que parece – as empresas estão dispostas a realizá-los para se manterem competitivas.

Acrescente-se a isso o fato de que os robôs estão se tornando cada vez mais colaborativos e até um relatório de 2016 - divulgado pela Casa Branca - intitulado “Inteligência Artificial, Automação e Economia”, mostrou que a produção aumenta mais quando seres humanos trabalham em colaboração com robôs.

Ásia e Europa são as principais regiões de crescimento e também sede dos principais players do setor como ABB, Fanuc, Kuka, Kawasaki e Yaskawa. Ainda que o mundo ainda sofra com a crise econômica, uma retomada é esperada para breve. E a demanda por robótica já chega a áreas não convencionais como a microeletrônica e o setor de engenharia pesada, por exemplo. Um levantamento considerando robôs articulados, cilíndricos, tipo SCARA, robôs cartesianos e outros mostrou que o segmento de robôs articulados alcançou principal participação no mercado global em 2012, devido ao seu uso nos setores de embalagens e saúde das economias emergentes; os robôs cilíndricos, personalizados e remodelados vêm aumentando sua participação.

Robôs industriais são usados ????em várias indústrias, como automóveis, elétricos e eletrônicos, química, borracha e plásticos, máquinas, metais, alimentos e bebidas, precisão, óptica etc. A indústria automotiva é o maior e mais tradicional usuário final de robôs industriais; o setor de alimentos e bebidas deve registrar a maior taxa de crescimento num futuro próximo. Outros segmentos que vêm implementando robótica de maneira crescente é o de solda, manuseio de materiais, pintura e dispensação, moagem e corte. Inovações como a adoção de não-materiais para impressão 3-D avançada apresentam um potencial lucrativo para os próximos anos.

O Relatório de Mercado de Robótica Industrial, publicado pela Allied Market Research, avaliou o mercado global de robótica industrial em US $ 27 milhões em 2012, com previsão para atingir US $ 41 bilhões até 2020, crescendo a um CAGR de 5,4% de 2013 a 2020. O segmento de robôs articulados representou US $ 13 bilhões em 2012 no mercado de robótica industrial, no entanto, os robôs cilíndricos e outros tipos como personalizados e reformados, devem crescer a um ritmo significativo devido ao aumento da procura nos setores industriais da região Ásia-Pacífico - os cilíndricos e outros devem crescer a CAGRs de 6,5% e 7,5%, respectivamente, durante o período apresentado.

A agricultura é a mais antiga e importante atividade da humanidade e tem o dever de se preparar para atender uma população mundial que pode chegar a 9 bilhões até 2050. Dada a limitação dos recursos de terra, água e mão-de-obra, a eficiência da produtividade agrícola deve aumentar em 25% para atingir esse objetivo, já contando as limitações ambientais. Aí entram a robótica e a automação e de fato, nos últimos vinte anos, a agricultura vem implementando técnicas de precisão como GPS e tratores e colheitadeiras auto-guiados e colheitadeiras além de automatizarem operações de poda, desbaste e colheita, corte, pulverização e remoção de ervas daninhas; plataformas robóticas mostraram ser duas vezes mais eficientes que se os trabalhadores utilizassem escadas; já existem sensores e sistemas de controle para gestão integrada de pragas e doenças. Tanto que existe um comitê técnico para promover a pesquisa, desenvolvimento, inovação e padronização de robótica e automação com vistas a serem utilizados para uma produção agrícola segura, eficiente e econômica – o RAS Robótica Agrícola e Automação (AgRA) no IEEE.

Energia, Meio Ambiente e Segurança

Existe uma necessidade crescente de robótica móvel devido as restrições ambientais e de segurança. Neste tipo de aplicação, um aspecto fundamental é se a energia disponível para o robô é adequada para uma missão bem sucedida. Por exemplo, considerando uma missão de monitoramento usando um robô móvel, com uma duração que pode ir de meses para anos, seria possível um sistema de armazenamento de energia para acomodar a energia total necessária para realizar a missão? É algo em que se trabalha ainda.

Em 1962, a soldagem robótica encontrou sua primeira aplicação no mundo real. Um robô desenvolvido por George Devol e Joseph Engelberger, o Unimation 001, foi implementado em uma fábrica da General Motors para soldagem por pontos em uma linha de montagem – uma tarefa identificada como perigosa para os seres humanos. Mas só a partir de 1980 é que a soldagem robótica começou a ganhar popularidade, principalmente na indústria automotiva. Outras empresas automotivas viram os benefícios colhidos pela GM e começaram a implementar esses procedimentos em suas próprias fábricas e logo a soldagem robótica começou a fazer parte de outras indústrias, como a fabricação de metais. E a evolução não parou mais tanto que hoje em dia o controle de movimento avançado e a visão a laser 3D tornaram os robôs mais funcionais e produtivos.

Robôs na automobilística

Os primeiros robôs industriais não tinham sensores externos, mas eram capazes de executar tarefas básicas como escolher e colocar o que tornou as indústrias automotivas muito mais seguras para seus funcionários.

Os primeiros protótipos de robôs industriais foram implantados nas instalações da GM em 1961 para a soldagem por pontos. E na década de 1980, bilhões de dólares foram gastos em todo o mundo para automatizar tarefas básicas em suas fábricas. Hoje, os robôs são uma parte essencial de plantas automotivas competitivas. Os robôs de hoje são muito mais sofisticados, alguns são semiautônomos, com sistemas de visão para interagir dentro de um ambiente em mudança, outros podem trabalhar lado a lado com os seres humanos.

Há indústrias que ficam fora dessas tendências? Na indústria de celulose, por exemplo, há poucas oportunidades para robotização. Na Cenibra por exemplo, existem aplicações que não se caracterizam como de robôs pois atuam somente nos eixos x e y, mas em algumas outras indústrias já existem projetos como o Puma, da Klabin, onde pode ser observado o uso da robótica industrial nas linhas de acabamento e com significativos ganhos de qualidade e precisão na execução das atividades.

Ronaldo Neves Ribeiro, Gerente do Departamento de Tecnologia da Informação e Telecom da Cenibra, conta que o setor de celulose já traz em projetos mais modernos a aplicação da robótica industrial com equipamentos operando automatizados com manipulador multipropósito controlado automaticamente, reprogramável, programável em três ou mais eixos - especialmente nas linhas de acabamento e embalagem do produto acabado.

“No setor de celulose estas aplicações ainda são novidade se compararmos com outros setores, por exemplo o automobilístico, onde os robôs já são amplamente utilizados e apresentam resultados expressivos. Existem vários desafios para que a direção , a aceleração, a velocidade e a distância de uma série de movimentos coordenados sejam precisos, e para isto, é necessária uma equipe de automação bem treinada para implementar os projetos e também para manter estes equipamentos sempre disponíveis nas linhas de produção. Aplicações destas ferramentas serão intensificadas com as novas tendências da indústria 4.0, novas aplicações e novas formas de controle serão ampliadas, como uso do vídeo monitoramento nos robôs que aumenta sua flexibilidade e capacidade de atuação nos equipamentos”, explica Ronaldo.

O futuro é colaborativo?

Por muito tempo, os sistemas de automação industrial se utilizaram de robôs fixos mas, nos últimos anos robôs colaborativos operam dentro do mesmo espaço que os seres humanos.

O lançamento da ISO / TS 15066: 2016 foi um momento decisivo pois deu orientação clara para engenheiros em todos os níveis sobre as questões de segurança inerentes à colaboração robótica, mas tanto sistemas convencionais quanto colaborativos oferecem vantagens que devem manter a ambos no mercado.

O conceito central do sistema colaborativo é que ele opera com segurança dentro do mesmo espaço físico que os humanos, permitindo que pessoas e robôs trabalhem efetivamente em conjunto. No entanto, sistemas colaborativos exigem uma poderosa inteligência artificial pois, para entender o ambiente, eles usam sistemas de visão de máquina ou sensores que aumentam o preço do conjunto e criam mais pontos de falha.

Os robôs industriais de gerações mais antigas são grandes e pesados, tipicamente fixos, mas capazes de realizar tarefas repetitivas, potencialmente perigosas a taxas surpreendentes – o que os torna populares. E mesmo o fator limitante do preço está começando a cair – o que deve manter os colaborativos nas implementações mais refinadas e sofisticadas, ou seja, fora de alcance da maioria por enquanto. Por enquanto não se sabe. Pesquisadores do Laboratório de Informática e Inteligência Artificial (CSAIL) do MIT estão tentando melhorar os robôs, dando-lhes o benefício da intuição humana. Ao codificar as estratégias de planejadores humanos de alto desempenho em uma forma inteligível para máquinas, eles foram capazes de melhorar o desempenho dos algoritmos de planejamento de 10% a 15% em um conjunto desafiador de problemas.

Para facilitar a vida de quem quer utilizar robôs, a RIA – Robotics Industries Association disponibiliza uma calculadora de Retorno sobre o Investimento (ROI) no site (http://www.robotics.org/robotics-roi-calculator).