Como a IA está transformando a tecnologia de fabricação mecânica?

Automação na Indústria de Manufatura

A convergência entre microeletrônica, informática e automação acelerou a automação da produção em três áreas principais: tecnologia de produção, processos individuais e sistemas completos de produção.

Automação da Tecnologia de Fabricação

As tecnologias de informática e de rede dão suporte ao projeto assistido por computador (CAD), planejamento de processos assistido por computador (CAPP), engenharia assistida por computador (CAE), manufatura assistida por computador (CAM), gerenciamento de dados de produtos (PDM), sistemas de informação gerencial (MIS) e planejamento de recursos empresariais (ERP). Juntos, esses sistemas tornam a criação e o processamento de informações de fabricação mais rápidos e eficientes.

Automação dos processos de fabricação

Circuitos integrados, controladores lógicos programáveis (PLCs) e computadores automatizam máquinas individuais, linhas de produção e sistemas completos. Novos sensores, ensaios não destrutivos, inspeções físicas e químicas, computação e microeletrônica medem e monitoram temperatura, pressão, deslocamento, tensão, deformação, vibração e outras variáveis do processo em tempo real. Sua integração possibilita medições eletrônicas e digitais durante o processo, ensaios computadorizados, controle de processo em malha fechada e controle adaptativo.

Automação de Sistemas de Fabricação

A tecnologia CNC, os robôs, o manuseio e armazenamento automatizados e as células automatizadas transformaram a fabricação, levando-a de máquinas individuais para sistemas completos, da automação rígida para a flexível e de arquiteturas simples para complexas. A hierarquia resultante inclui máquinas CNC, centros de usinagem (MCs), células de fabricação flexíveis (FMCs), sistemas de manufatura flexíveis (FMSs) e linhas de manufatura flexíveis (FMLs), convergindo, em última instância, para sistemas de manufatura integrados por computador (CIMSs) e sistemas de manufatura inteligentes (IMSs).

Essas tecnologias aumentam a produtividade, a qualidade, a flexibilidade e a capacidade de resposta à variedade de produtos. O desenvolvimento contínuo está tornando a fabricação mais inteligente, conectada e integrada.

Tecnologia da Informática e Produção Flexível

A fabricação é impulsionada pela demanda do mercado. À medida que os clientes buscam produtos mais variados e personalizados, a produção em massa tradicional torna-se menos adequada. A fabricação flexível foi desenvolvida para automatizar a produção eficiente e de alta qualidade de diversos produtos em lotes pequenos e médios, a um custo razoável.

Produção de produtos variados, em lotes pequenos e médios

Um sistema flexível pode ser adaptado rapidamente a diferentes produtos, atendendo a uma demanda diversificada e, ao mesmo tempo, reduzindo o desperdício associado à produção de um único produto.

Maior utilização das máquinas e menor custo

A automação utiliza máquinas e outros equipamentos de forma eficiente e reduz o tempo auxiliar não produtivo, diminuindo assim o custo de produção.

Prazos de entrega mais curtos e estoque menor

Processos automatizados e otimizados reduzem os ciclos de produção. O planejamento flexível reduz o estoque, libera capital de giro e melhora a capacidade de resposta ao mercado.

Maior automação e um ambiente de trabalho melhor

A automação reduz a intensidade do trabalho, estabiliza a qualidade por meio de operações precisas e repetíveis, diminui a intervenção manual e reduz os riscos no local de trabalho.

Integração entre projeto e fabricação

CAD/CAM, manufatura flexível, manufatura integrada por computador, engenharia simultânea (CE) e prototipagem rápida (RP) estão dissolvendo a fronteira tradicional entre projeto e produção.

1. CAD/CAM

O CAD/CAM vincula diretamente o projeto à fabricação. Os engenheiros criam e revisam os produtos em um ambiente virtual, e os dados resultantes orientam a produção. Isso encurta o caminho do projeto à fabricação e reduz erros e retrabalho.

2. FMS e CIMS

Sistemas flexíveis e integrados a computadores conectam usinagem, inspeção, logística e montagem por meio da automação e da tecnologia da informação. Um FMS utiliza robôs, máquinas CNC e equipamentos relacionados para criar uma produção flexível. Um CIMS incorpora tecnologias de informação e gestão para integrar toda a empresa.

3. Engenharia simultânea

A engenharia simultânea organiza o projeto, a fabricação e os testes de forma que o trabalho seja realizado em paralelo, em vez de estritamente em sequência, reduzindo o tempo de desenvolvimento do produto e acelerando o lançamento no mercado.

4. Prototipagem rápida

A prototipagem rápida cria modelos físicos por meio da adição de material, permitindo que os projetistas avaliem e testem um conceito rapidamente. Processos avançados e não tradicionais, como o corte a laser e a usinagem eletroquímica, também tornam menos nítida a fronteira entre o processamento a frio convencional e o processamento térmico. A inspeção, a logística e a montagem estão cada vez mais integradas em um único sistema de informação automatizado.

Usinagem de ultraprecisão e ultravelocidade

A usinagem de ultraprecisão chegou à escala nanométrica, possibilitando o desenvolvimento de óptica de alta precisão, sistemas microeletromecânicos (MEMS) e dispositivos semicondutores.

1. O processamento de precisão está evoluindo para fontes de energia com comprimentos de onda mais curtos, passando do infravermelho à luz visível e, posteriormente, ao ultravioleta e aos raios X. Comprimentos de onda mais curtos podem proporcionar maior energia e um processamento mais preciso. As máquinas de ultraprecisão também estão se tornando multifuncionais e modulares.
2. A variedade de materiais se expandiu, passando dos metais para a cerâmica, os plásticos e o vidro. A cerâmica oferece resistência ao desgaste e estabilidade em altas temperaturas, enquanto os plásticos e o vidro são utilizados em diversas aplicações ópticas e eletrônicas.
3. O corte em velocidade ultra-alta melhora a eficiência e a qualidade ao aumentar significativamente a velocidade de corte. O corte de ligas de alumínio ultrapassou os 1.600 m/min, enquanto o de ferro fundido atingiu cerca de 1.500 m/min. Essa abordagem pode facilitar o usinagem de ligas e compósitos difíceis de usinar, reduzir danos térmicos e o desgaste das ferramentas, além de melhorar a qualidade da superfície.

Modelos de produção avançados

A manufatura avançada integra tecnologia, pessoas e organização. Seu valor total depende da coordenação desses três elementos e da combinação dos processos de manufatura com a tecnologia da informação e a gestão moderna.

1. Produção flexível, “just-in-time” e enxuta. Sistemas flexíveis alternam rapidamente entre produtos. A produção “just-in-time” (JIT) reduz o excesso de estoque e o desperdício, enquanto a produção enxuta (LP) elimina o desperdício por meio da melhoria contínua e da otimização de processos.
2. Fabricação ágil e engenharia simultânea. A fabricação ágil enfatiza a resposta rápida e a inovação. A engenharia simultânea permite que o projeto, a análise, a fabricação e os testes ocorram em paralelo, reduzindo o tempo desde a concepção até a comercialização.
3. Fabricação distribuída em rede (DNM). A internet e as tecnologias da informação conectam recursos de produção em diferentes locais para o compartilhamento e a colaboração, melhorando a eficiência e a flexibilidade.

À medida que a tecnologia da informação e a globalização avançam, esses modelos de produção ajudam os fabricantes a se manterem competitivos por meio de maior automação, inteligência e conectividade.

Como a IA está transformando a fabricação mecânica

A inteligência artificial amplia a percepção e a tomada de decisões humanas e é um importante facilitador da manufatura inteligente. A manufatura inteligente aplica tecnologias de informação avançadas e sistemas inteligentes para automatizar, otimizar e aprimorar a produção.

1. Sistemas especialistas. Os sistemas de planejamento de processos podem gerar rotas de usinagem a partir dos requisitos de projeto e dos recursos disponíveis. Os sistemas de projeto auxiliam os engenheiros com recomendações e soluções. Os sistemas de teste, controle e diagnóstico monitoram os equipamentos, identificam problemas em fase inicial e protegem a estabilidade do processo e a qualidade do produto.
2. CAD/CAM inteligente e robótica. O sistema integrado CAD/CAM proporciona um fluxo contínuo, desde o projeto até a produção. Robôs inteligentes realizam montagens complexas e substituem os trabalhadores em ambientes perigosos ou adversos.

O aprendizado profundo, o processamento de linguagem natural e o reconhecimento de imagens estão sendo aplicados atualmente em diversas etapas, desde o projeto de produtos e o planejamento da produção até o controle de qualidade e a manutenção preditiva. A IA pode aumentar a produtividade e a qualidade, reduzir custos e a demanda por mão de obra, além de tornar a produção mais ágil para atender à demanda personalizada. O desenvolvimento contínuo tornará as fábricas inteligentes e a manufatura inteligente cada vez mais comuns.