Conhecida como fábrica inteligente, a Indústria 4.0 está revolucionando a forma como as empresas fabricam, aprimoram e digitalizam seus processos. Também oferece soluções para reduzir o consumo de energia em sistemas produtivos industriais.
Para essa medida tão importante, a Indústria 4.0 tem como um forte pilar a manufatura digital.
Essa é uma inovação que permite o uso de simulações e virtualização de processos visando melhor gerenciamento de processos diversos.
E é com o propósito de apresentar suas pesquisas nessa área, que Fábio Lima, professor do Centro Universitário da FEI, apresentou uma palestra durante a Plástico Brasil 2023.
Na sua apresentação, Lima deu detalhes dos laboratórios, equipamentos e cases relacionados à aplicação da manufatura digital para promover melhorias no gerenciamento energético em sistemas produtivos.
Confira como foi a palestra neste artigo.
O que é Manufatura Digital?
Importante pilar da Indústria 4.0, a manufatura digital é representada pelo uso de um sistema integrado, baseado em softwares de computador, que consiste em simulação, visualização 3D, análises e ferramentas de colaboração.
Esses sistemas são adotados para criar definições de processos de manufatura e produto simultaneamente.
Em outras palavras, a manufatura digital é adotada quando uma empresa aproveita as tecnologias digitais para beneficiar suas operações de manufatura.
Com a Manufatura Digital, os fabricantes podem criar fábricas digitais, representadas por um ambiente conectado e totalmente integrado, permitindo-lhes usar análise de dados em tempo real para otimizar todo o processo de manufatura e obter ganhos de produtividade.
“O ponto chave da Indústria 4.0 é usar ferramentas para conectar a parte virtual com a parte física da indústria, principalmente com a geração de gêmeos digitais que focam em objetivos específicos, como o consumo de energia elétrica.”
Infraestrutura completa para pesquisas em manufatura digital
Para a realização das pesquisas em manufatura digital voltadas ao melhor gerenciamento do consumo de energia em sistemas produtivos, Fábio Lima destacou em sua palestra que o Centro Universitário FEI possui uma estrutura completa.
“Dentro da nossa unidade, em São Bernardo do Campo, temos um laboratório de manufatura digital completo que nasceu em parceria da FEI com a Siemens e com a SPI. Nosso laboratório é usado para projetos de pesquisas e para ensino de nossos alunos.”
Dentro do portfólio de soluções em manufatura digital, Lima destacou também que o laboratório oferece dois softwares que são os carros-chefes de todas as pesquisas na área.
“Usamos um software de simulação de plantas industriais, conhecido como Plant Simulation, além do software focado em processos de automação, desde toda a infraestrutura até a programação de robôs e softwares de controle.”
O professor destacou que além dessas ferramentas de virtualização de processos industriais há também uma célula física robotizada (doação da SPI à FEI).
“Um de nossos focos é virtualizar os processos físicos já implementados para buscar oportunidades de melhoria de desempenho, caso do consumo de energia elétrica”, disse Lima.
Energy Analyzer + software Plant Simulation: solução dedicada à gestão do consumo de energia elétrica
Segundo Fábio Lima, um dos focos dos pesquisadores da FEI é o desenvolvimento de sistemas que foquem na análise da gestão do consumo energético em sistemas produtivos.
O professor da FEI destacou que o software Plant Simulation possui uma biblioteca dedicada, conhecida como Energy Analyzer. “Com essa biblioteca conseguimos realizar toda uma análise energética dentro do próprio sistema”.
O professor também explicou que essa análise energética pode ser realizada de forma pontual, em uma máquina ou posto de trabalho, ou para uma linha de produção e fábrica inteira.
Cases de pesquisas realizadas com foco no consumo energético
Em sua palestra, Fábio Lima apresentou também alguns cases de pesquisas realizadas pela FEI e que focaram no consumo de energia elétrica em processos industriais.
O primeiro case está relacionado a uma linha de fabricação de motores. “Nesse projeto desenvolvemos scripts de programação que ajudavam a alterar os estados de consumo de energia de máquinas, permitindo redução do consumo energético”, explicou.
Outro projeto ocorreu em parceria com empresas visando a redução do consumo de energia na fabricação de filtros automotivos.
Por fim, os pesquisadores desenvolvem pesquisas baseadas em jobshop com machine learning, como explicou Lima.
“Nesse sistema, as máquinas precisam efetuar operações distintas em sequências também distintas. Para analisar isso, tivemos o apoio de ferramentas de machine learning, como algoritmos genéticos e redes neurais artificiais.”
Nesse trabalho, em específico, Lima explicou que um algoritmo genérico determina qual deveria ser a sequência ótima dentro de um tempo produtivo. Já as redes neurais diziam, em tempo real, qual seria a energia elétrica total consumida naquela produção.
Segundo o pesquisador, essas soluções conseguem determinar qual é o consumo de energia em cada máquina ou estado (em produção, stand-by etc).
“Com essas soluções de manufatura digital conseguimos identificar o consumo máquina a máquina e estado a estado, sempre de forma eficiente.”
O professor da FEI explicou que todas essas análises feitas em laboratório oferecem indicadores importantes na gestão no consumo de energia, caso do indicador Lean Energy Indicator.
“Basicamente, o indicador Lean mostra qual é o consumo de energia versus seu valor agregado. Ou seja, de toda a energia consumida quanto, de fato, gerou valor?”, conclui.
Longo caminho a ser percorrido
Por muito tempo, a FEI focou na virtualização de processos e com o retrofit de suas máquinas.
Agora, o centro está trabalhando com a montagem de uma plataforma capaz de unir a parte virtual com a física. “Entendemos que era preciso fechar esse elo para, de fato, começar a ter gêmeos digitais focados no consumo de energia em processos industriais”.
Ao unir o virtual com o físico, Fábio Lima salienta que as decisões serão fundamentadas em dados reais obtidos por sensores diversos e em modelos virtuais com ótimos algoritmos, permitindo melhores tomadas de decisão quanto ao consumo de energia.
“Com essa união, poderemos tomar decisões em tempo real que resultem na redução do consumo de energia elétrica”, finalizou o professor.
Para ter detalhes sobre as pesquisas em Manufatura Digital da FEI, confira a palestra de Fábio Lima realizada durante a Plástico Brasil 2023!
