Como deverão ser as máquinas CNC na visão da Indústria 4.0?

De acordo com os fundamentos da manufatura na Indústria 4.0, as máquinas terão que apresentar características como conectividade, flexibilidade, velocidade, sincronismo e inteligência. Estes equipamentos podem ser máquinas ferramentas CNC, máquinas com arranque de cavaco, conformação ou por corte a laser, água e plasma, injetora de plásticos e/ou de alumínio, etc.

Tradicionalmente as máquinas CNC – comando numérico computadorizado – sempre ficaram à margem da administração direta ou dos outros módulos de ERP. Nunca foi exigido que essas máquinas tivessem um sistema conectado com algum tipo de retorno de informações. Apesar de apresentarem um grau de inteligência, essas máquinas não são aproveitadas para a coleta de dados que possam ser utilizados como conhecimento pela administração da produção em tempo real. Na visão da Indústria 4.0, essa conexão do equipamento com o sistema ERP da empresa passa a ser fundamento obrigatório.

Fig.1. Torno conectado ao ERP.(Fonte: Autor)

Sendo assim, as máquinas CNC ou com CLP passarão a ter integração e conexão para poder reportar o que estão fazendo em tempo real, qual a sua eficiência, se estão sendo bem ou mal utilizadas, que grau de qualidade elas conseguem produzir, antecipar diagnósticos de problemas para manutenção preditiva e preventiva por meio de alarmes de aviso, identificar anomalias no processo, enfim, fornecer todas as informações necessárias para manter o seu funcionamento 100% por mais tempo.

As mudanças não param por aí, com a medição por meio de apalpador ou varredura à laser – o que for mais rápido – será possível garantir qualidade na fonte, respeitado os limites de capabilidade. Além disso, será possível monitorar e sensoriar o acabamento superficial determinado no projeto da peça em usinagem, com medição da rugosidade em processo com o apalpador ocupando uma posição da torre ou do magazine da máquina.

Com isso, será possível gerar gráficos de qualidade CEP, por exemplo, importante na rastreabilidade dos produtos processados. Assim, será garantida a precisão e a repetibilidade de um produto padrão de alta confiabilidade, importantes nas peças de indústrias, como a de aviação.

Nesse sentido, tão logo termine uma ordem de produção, já ficará disponível no servidor a carta do processo para quem interessar a rastreabilidade. Esta, entretanto, deixará de ser o centro do objetivo, uma vez que a garantia da qualidade do processo estará assegurada por meio do conhecimento adquirido e armazenado em um banco de dados.

Fig.2. Medição em processo garantia de qualidade na fonte.(Fonte: Hexagon)

Sob o ponto de vista administrativo, as máquinas ajustadas à Indústria 4.0 devem poder receber ordens de produção e seu respectivo sequenciamento, não deixando dúvidas do que fazer e em que hora fazer. A máquina deve ser capaz também de entender com qual recurso disponível irá trabalhar – hoje, muitas vezes essas dúvidas fazem a máquina ficar parada esperando a definição do gestor da produção.

Embora a máquina CNC tenha nascido dentro desses fundamentos, ainda existem muitas variáveis, que seriam responsáveis por conferir flexibilidade a elas, que são mal administradas e equacionadas. Em pleno século XXI, as máquinas não estão conectadas com um sistema CAD/CAM/DNC/APS/MES, são poucas empresas que esboçam essa utilização. Em alguns casos, ainda piores, os programas são executados no “pé” da máquina ocasionando muitas horas de máquinas paradas diária, semanal, mensal e anualmente. O carregamento e a atualização das máquinas, podem ser feitos antecipadamente com a utilização dos softwares APS/MES, garantindo que a entrega seja pontual e no prazo contratado pelo cliente.

Os zeramentos, que podem ser absolutamente conhecido no CAM, têm os seus procedimentos executados com a máquina parada, contribuindo para o aumento do setup. Com a máquina preparada para receber o zeramento, com tempo zero, é possível economizar tempo no setup por meio do carregamento das informações por DNC.

Na base de planejamento, deve-se utilizar bancos de dados de fixadores e ferramentas, além do recurso de classificação e codificação de peças para formação de famílias. Todas essas informações podem, e devem, ser enviadas ou estar disponíveis para o setor de pré set, assim é possível preparar com muita antecipação o ferramental que deve ser utilizado em função do planejamento e programação da produção.

Este setor, no sistema da Indústria 3.0, fica alienado do conhecimento prévio do planejamento e programação da produção. Já na Indústria 4.0, as informações estarão disponíveis em tempo real e com alarmes ligados informando sobre providências necessárias que devem ser tomadas para a máquina não parar. O sistema de CAD/CAM/DNC é o responsável pela estruturação dessas informações que contribuem para a flexibilidade do sistema produtivo.

Fig.3. Torno equipado com 02 cabeçotes permite usinagem com troca pendular.(Fonte: Romi)

As máquinas CNC estão priorizando em seus projetos torres ou magazines de ferramentas. Assim, com um grande número de ferramentas é possível executar todas as ordens de produção do dia sem trocas por causa de desgaste. Em outros casos, como torno, uma magazine com castanhas para mudanças automáticas e rápidas ajudam a priorizar a redução do tempo de setup ou mesmo a levar o setup quase a zero.

Fig.4. Magazine para 30 ferramentas de um centro de usinagem CNC permite usinar uma família com grande variedades de peças e pequenos lotes.

Por outro lado, os centros de usinagens CNC contam com sistemas de trocas rápidas de paletes ou mesmo são equipados com mesas auxiliares e com sistema de “zero point” de alta precisão de posicionamento.

Fig.5. Sistema Zero Point com palete flexível e precisão de posicionamento, garantindo uma troca rápida de peça, mesmo para CDU com uma mesa.(Fonte:AMF)

Outro recurso que as máquinas terão cada vez mais como usual, será o uso de robôs para efetuar a troca de ferramentas a partir de um magazine auxiliar postado ao lado da máquina. Além disso, é claro, será feito o monitoramento do desgaste das ferramentas em programação de atuação do probe no tempo de processamento. A vantagem disso é que este tempo é absoluto e fará parte do tempo de processamento, se tornando repetitivo – o que é muito importante na administração do controle do tempo de ocupação do recurso com capacidade finita.

Fig.6. Torno CNC com probe para controle de desgaste da ferramenta e incremento automático.(FONTE:ROMI)

A velocidade de processamento na Indústria 4.0, então, está na redução do tempo de ocupação do recurso, aumentando sua disponibilidade para uma grande variedade de itens em pequenos lotes.

O sincronismo na Indústria 4.0 virá da integração de todos os recursos produtivos da manufatura, que administrará muitas ordens de produção, sincronizadas entre vários centros produtivos, ordenando a fabricação de uma mesma ordem simultaneamente. Assim é garantido o atendimento do cliente integralmente e de acordo com sua importância no portfólio, possibilitando também que o OTIF – indicador que mede a entrega de pedidos integralmente no prazo contratado – fique próximo de 100%. Vale lembrar aqui que quanto mais próximo dos 100% estiver o OTIF, maior será a satisfação do cliente e, consequentemente, maior será sua fidelidade com a marca e a repetição da compra. O OTIF é o indicador mais importante na era do e-commerce.

Na Indústria 4.0, os computadores de todas as máquinas e seus sensores estarão interligados garantindo o sincronismo entre os recursos. Assim, qualquer desvio do que foi programado colocando em risco o atendimento de todas as ordens de um determinado cliente para uma determinada data, por exemplo, será alertado aos gestores da manufatura pelos alarmes.

As máquinas serão dotadas de tamanha inteligência que ajudarão o gestor na tarefa de reposição e na administração do sincronismo das ordens de produção. Além disso, a integração com outros recursos informa, através da tecnologia RFID, se tudo que é necessário para execução de uma ordem de produção está disponível para o sequenciamento planejado e, caso não esteja, a própria máquina sugere ao gestor um novo sequenciamento alternativo e informa quando o item que não estava completo para ser produzido deve entrar novamente na sequência do turno, ou se necessitará de horas extras no recurso e quanto isto pode afetar o atendimento do cliente.

Ao gestor restará concordar com um simples “OK” ou propor nova programação em função de política de fornecimento.
A gestão que era atribuição única do gestor da produção, agora passa a ser compartilhada com a inteligência das máquinas. Cabe a esse profissional, agora, o gerenciamento de melhoria contínua para que a eficiência do equipamento nunca fique abaixo de um OEE de 85% – índice que mede o desempenho dos equipamentos.

Fig.7. Cálculo do OEE. (Fonte Vedois)

A flexibilidade das máquinas ferramentas CNC, particularmente, os tornos e os centros de usinagens, contam, a partir da Indústria 4.0, com a integração, com os sistemas CAD/CAM/DNC/APS/MES, com a formação de famílias de peças – utilizando-se da tecnologia de grupo (TG) -, com a introdução na base do projeto de codificação e classificação especificadas em projeto e desenhos, com o correto aproveitamento das quantidades de ferramentas que tenham uma torre ou um magazine – para que não haja trocas num turno inteiro-, com a fixação de referências nos desenhos para que o processo saiba exatamente o zero peça e com as informações sobre as ferramentas que orientam na similaridade de processo para que este possa pré estabelecer os zeros da ferramenta -as características do sistema de fixação para o zero fixo do dispositivo, eliminando assim a necessidade de zeramento e contribuindo para o setup zero.

A manufatura sem papel e a documentação precisa, proporcionada pelo sistema CAD/CAM, diminui a possibilidade de erros humanos e paradas por indefinições das variáveis de zeramento.

Fig.8. Fundamento da flexibilidade para máquinas CNC. (Fonte: Chambers)

As máquinas conectadas a um sistema de coleta de dados de chão de fábrica e integradas ao ERP da empresa, disponibilizam informações precisas e em tempo real do que acontece com a eficiência do equipamento e possibilitam ao gestor identificar as eventuais correções de rumo, seja ele administrativo ou técnico. Se setup zero é um dos principais fundamentos do sistema, então, tem que ser monitorado para sua otimização.

Máquinas CNC, como os centros de usinagens, passarão a utilizar mais de uma mesa em sistema rotativo, como mostra a fig.8, também conhecido como carrossel, para que todas as peças de um determinado sequenciamento de ordens de produção possam ser trabalhadas sem interrupção, aliada a quantidade de ferramentas do magazine. Seguindo a mesma linha de raciocínio, os dispositivos do torno serão trocados integralmente no caso de uma placa ou parcialmente no caso das castanhas de fixação, de maneira automática. Neste o caso todas as variáveis do setup serão de autonomia da máquina inteligente.

Fig.9. Carrossel de mesas para Centros de Usinagem CNC flexível. (Fonte: MCM)

Por fim, a máquina, será capaz de decidir o que fazer, em que quantidade e em que hora, com as informações e variáveis perfeitamente e precisamente definidas pelo sistema integrado da Indústria 4.0 com o APS/MES.

As máquinas CNC , com as características descritas neste artigo, passarão a ser protagonistas no cenário da Indústria 4.0.