Como o controle e a otimização do processo de fabricação geram grandes ganhos

O controle do processo de fabricação é um elemento crucial de todas as atividades de fabricação. Ele é realizado através da implantação de software e sistemas para monitorar e regular diferentes estágios de produção. Esses controles do processo de fabricação incluem infraestrutura e dispositivos inteligentes, por exemplo:

• Redes para coletar dados e conectar equipamentos
• Equipamentos de processamento de dados
• Algoritmos para correlacionar variáveis nos processos de fabricação a vários atributos do produto
• Sensores, atuadores e sondas

Sistemas de controle adaptativo, ferramentas de software de arquitetura aberta, ferramentas de diagnóstico e processos que monitoram a condição do equipamento de processamento são todos aplicáveis ao controle do processo de fabricação e ajudam a otimizar o próprio processo.

A otimização, em geral, refere-se a selecionar a melhor opção dentre as soluções possíveis para um problema de fabricação, com base em critérios pré-definidos.

Por que o controle e a otimização do processo de fabricação são necessários?

A fabricação é o processo de criação de um produto a partir de uma variedade de materiais e produtos. Esse esforço inclui várias atividades inter-relacionadas em diferentes etapas do processo, incluindo produção, integração e montagem dos componentes do produto. Pode ser uma operação altamente complexa, dependendo da indústria ou produto.

A fabricação moderna é uma amálgama de projeto de produto, seleção de material, planejamento de processo, controle de qualidade, garantia de qualidade, documentação e gerenciamento de produto. Os avanços tecnológicos nas últimas décadas tornaram a fabricação cada vez mais complexa, exigindo sofisticação técnica, automação e sutileza na gestão das operações. Somam-se a isso os altos níveis de segurança do processo e aderência às normas de segurança necessárias com ciclos de produção mais curtos. Sem a otimização adequada do processo, uma empresa pode ficar para trás em seus planos e aspirações de expansão.

A globalização tem sido o principal fator de aumento da concorrência entre as indústrias, e o setor manufatureiro não é exceção. As empresas devem utilizar tecnologia novas e tecnologias existentes para obter uma vantagem competitiva. O controle e a otimização do processo de fabricação prometem uma maior participação de mercado ao possibilitar produtos de melhor qualidade.

O controle e a otimização do processo de fabricação podem facilitar o uso mais eficiente de ativos, recursos e receita, diminuindo os custos de produção e o consumo de materiais. A execução de operações de fabricação em condições otimizadas traz economia, aumenta a produtividade e aumenta a qualidade dos produtos fabricados. Também torna a empresa mais sustentável, otimizando o consumo de energia e reduzindo o impacto ambiental.

Onde se aplica o controle do processo de fabricação?

O controle do processo de fabricação é particularmente vital nas seguintes etapas do processo de fabricação:

• Medição de perfis de temperatura em ambientes de processamento sensíveis ou agressivos
• Medição de atributos físicos críticos em altas temperaturas e altas velocidades de linha
• Monitoramento dos processos de combustão e da composição química da mistura

Isso afeta ainda mais o controle de qualidade e a garantia de qualidade para o produto de fabricação.

Do ponto de vista da linha de produção, o controle e a otimização do processo de fabricação podem eliminar os seguintes problemas que causam redução de produtividade e problemas de qualidade:

• Problemas na linha de produção
• Estações de trabalho isoladas sobrecarregadas além de sua capacidade
• Excesso de trabalho em andamento
• Ativos e equipamentos não utilizados ocupando espaço
• Erros humanos, resultando em retrabalho ou atrasos
• Produtividade inconsistente e insatisfatória
• Problemas de gerenciamento de produção
• Gargalos do fluxo de trabalho

Seja proativo com o controle do processo de fabricação

O controle do processo de fabricação tem tudo a ver com ação preventiva e planejamento de contingências com automação.

Planejamento de contingências

Por exemplo, os fabricantes podem projetar um gráfico de controle automatizado que fornece alertas, juntamente com os planos de ação correspondentes, em caso de problemas.

Controle de qualidade

A detecção de anomalias e a classificação automatizada de defeitos é um recurso comum e importante do controle do processo de fabricação para manter a qualidade e a integridade do produto.

Por que a manutenção preditiva é importante

A manutenção preditiva é o uso de análise de dados para prever e impedir falhas de máquina. Ela apresenta uma nova maneira de reestruturar as atividades de manutenção em escala industrial. Isso é especialmente importante na indústria manufatureira, porque muito dinheiro e recursos dependem do funcionamento ideal de equipamentos de alto investimento. Esses ativos podem exigir manutenção periódica, resultando em tempo de inatividade. Estratégias de manutenção inadequadas podem causar uma queda significativa na capacidade de fabricação de uma planta, o que pode levar à perda de receita e vantagem competitiva.

Por outro lado, as recompensas de investir em sistemas de controle de processo de fabricação também são bastante significativas: prever falhas por meio de análises avançadas pode aumentar o tempo de atividade do equipamento.

Em média, a manutenção preditiva pode:

• Aumentar a produtividade
• Reduzir avarias
• Reduzir o custo de manutenção do equipamento

Em geral, as estratégias de manutenção formuladas em escala industrial precisam levar em consideração os ativos disponíveis e em funcionamento, seus custos operacionais e níveis de sofisticação técnica. Dependendo da combinação, uma organização pode escolher entre quatro tipos de respostas. As três primeiras são mais convencionais, enquanto a quarta, a manutenção preditiva, é uma novidade impulsionada pela tecnologia e pela Internet das Coisas.

1. Manutenção reativa

Se quebrar, você deve consertar ou substituir. Este termo e ação são normalmente aplicáveis a itens facilmente substituíveis e de baixo valor, como uma lâmpada ou controle remoto.

2. Manutenção preventiva

Este termo refere-se à ação preventiva tomada para evitar falhas, mantendo equipamentos e máquinas em paradas pré-programadas e intervalos de tempo fixos. Essa opção geralmente funciona quando o custo de manutenção não é muito alto e quando pode ser agendada fora do horário de produção, com perdas mínimas.

3. Manutenção baseada em condição

Essa forma de atividade de manutenção depende muito dos níveis de uso de uma determinada máquina ou equipamento.

4. Manutenção preditiva

A manutenção preditiva é uma abordagem de manutenção que deriva sua estratégia e frequência analisando um corpo de dados de processo de operação. Ela emprega métodos de análise altamente avançados para prever a possibilidade e o cronograma de falhas de equipamentos com bastante antecedência, tornando possível tomar medidas preventivas, bem como estimar a vida útil restante ou o tempo de execução de equipamentos e máquinas. Em conjunto com os dados coletados por sistemas como Smart Factory ou Industry 4.0, ele se expande para ser cada vez mais necessário com o tempo.

A manutenção preditiva é valiosa nos casos em que as atividades de manutenção são de vários níveis ou complexas, implementá-las pode ser caro ou quando o tempo de inatividade pode resultar em perdas significativas.

Mudar da manutenção preditiva reativa para a proativa: desafios e soluções

Configurar um processo, máquina ou fábrica digital não é uma proposta simples ou direta. Os sistemas de monitoramento inteligentes devem se integrar a sistemas existentes ou legados, e a produção deve continuar sem perder o ritmo. Da mesma forma, para ser eficaz economicamente a manutenção preditiva precisa entrar em ação antes que qualquer reparo ou tempo de inatividade seja necessário.

Para uma evolução e transição suaves da manutenção reativa para a proativa, os especialistas da indústria de manufatura devem concentrar seus esforços para contrabalançar uma série de desafios.

Geografia e complexidade

O desafio da complexidade operacional ou das distâncias geográficas pode ser enfrentado com o estabelecimento de um ecossistema de unidades de fabricação conectadas, o que traz um elemento de consciência situacional em tempo real para toda a operação. Além disso, facilita o monitoramento para quem supervisiona a operação. Os sistemas inteligentes devem ser configurados para formar ligações viáveis entre os dispositivos de “entrada”, como sensores, atuadores, infraestrutura de coleta de dados e equipe humana.

Acessibilidade de dados

A análise de dados deve unir todos os aspectos do negócio de fabricação, desde a cadeia de suprimentos até o usuário final. A estrutura de dados deve ser projetada de forma que um instantâneo em tempo real de todas as localizações se torne prontamente disponível por meio de relatórios. Isso dá às empresas a vantagem de tomar decisões ágeis com base em situações em tempo real.

Identificação de anomalias

A detecção de anomalias é uma parte importante da manutenção preditiva e da otimização do controle de qualidade. Para funcionar, o sistema precisa de uma grande quantidade de dados de log detalhados sobre falhas de processo. A detecção de anomalias é baseada em dados acumulados do sensor com uma frequência mínima de medições para cada unidade de tempo e sensor na infraestrutura.

A análise avançada pode ser aplicada a esses dados para que o sistema defina parâmetros do que é considerado “normal”. Quaisquer desvios da norma ou aberrações no sistema levantam bandeiras vermelhas e enviam alertas do sistema para os operadores. Eles devem então verificar se uma falha do equipamento realmente ocorreu e, em seguida, tomar decisões sobre as medidas corretivas.

Vantagens da manutenção preditiva na obtenção de controle e otimização de fabricação

Existem muitas vantagens da manutenção preditiva:

• Redução do custo do tempo de inatividade do equipamento, previsão das falhas antes que elas aconteçam e aplicação da manutenção preventiva
• Automação do monitoramento de equipamentos e alertas do sistema para reduzir falhas e tempos de resposta
• Contribuição para a agilidade da cadeia de suprimentos respondendo a condições voláteis em tempo real
• Redução dos defeitos de produto e estabelecimento de um controle de qualidade mais preciso
• Entendimento de todos os aspectos do processo de fabricação, do simples ao complexo, permitindo uma visão de 360 graus das operações em todos os momentos

Impulsionadores digitais de controle e otimização de processos de fabricação

Automação de processos robóticos

A automação robótica de processos assume tarefas operacionais monótonas, trabalhosas, sem sentido e mecânicas. A automação robótica libera o potencial humano e o reposiciona em áreas de maior valor para impulsionar melhor o crescimento dos negócios. Muitas horas de trabalho humano são desperdiçadas em tarefas entediantes e repetitivas que a automação deveria assumir.

Nos últimos tempos, houve um boom de start-ups e empresas de automação inteligente que oferecem um conjunto de soluções e produtos de automação inteligente que prometem agilizar até mesmo os fluxos de trabalho mais complexos.

Acredita-se que a adoção da automação robótica de processos no setor de manufatura seja uma medida que trará grandes recompensas para as empresas no curto e no longo prazo.

Inteligência artificial

O maior benefício da inteligência artificial no controle e otimização do processo de fabricação é sua capacidade de crescer constantemente e se expandir para se tornar mais inteligente, intuitiva e proativa. Ela utiliza os dados gerados por processos conectados (como a automação de processos digitais e a automação de processos robóticos) para se tornar mais forte e precisa na detecção de anomalias e na previsão de falhas.

Otimização de processos em tempo real

A otimização em tempo real é definida como um processo que garante que o desempenho seja constantemente aprimorado em tempo real. Em comparação com os controladores de processo tradicionais, os controladores de processo em tempo real diferem em escala e design. Os processos de otimização em tempo real são construídos principalmente em sistemas de otimização baseados em modelo. Eles geralmente são maiores em escala em comparação com os controladores de processo tradicionais.

A otimização em tempo real depende do feedback do sistema e de insights de análise de dados. Com otimização em tempo real, a detecção de erros é automática e o sistema pode modificar e eliminar erros aleatórios e não aleatórios.

Além disso, a otimização em tempo real disponibiliza os dados computados em tempo real e pode enviá-los para diversos locais. Ela pode ser programada para avaliar detalhes de desempenho para qualquer período de tempo específico e para qualquer tarefa ou aplicação dentro do processo. É uma solução altamente econômica para melhorar o desempenho do sistema e otimizar o processo.

Não confunda otimização de processo em tempo real com controle avançado de processo (APC). Eles não são intercambiáveis, mas são funções complementares. O controle avançado de processo é uma técnica projetada para gerar estratégias de controle que minimizam efetivamente a diferença entre os pontos de ajuste do processo e os valores reais. Um exemplo seria minimizar os excessos durante uma mudança de processo ou diminuir o tempo necessário para um sistema retornar a um estado estável após uma interrupção do processo.

A otimização do processo em tempo real é usada para definir os parâmetros do processo de destino para que a APC permaneça alinhada com as metas e objetivos de negócios. A otimização do processo em tempo real pode ser aplicada a controles básicos de tipo ligado/desligado por meio de técnicas complexas de controle preditivo e controle dinâmico de matriz.

Os sistemas de automação e otimização de processos podem otimizar vários processos de fabricação, desde simples a altamente complexos. Uma estratégia de transição clara e bem definida é muito valiosa ao selecionar processos que trarão o máximo benefício e aumentarão a eficiência operacional ao longo do tempo.