Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) de sistemas de manufatura e os usuários finais de automação atuais estão constantemente buscando avanços tecnológicos que facilitem seu trabalho. As inovações da Indústria 4.0 impulsionaram uma nova classe de tecnologias inteligentes que combinam eletrônica digital e interfaces de comunicação para maior sofisticação, funcionalidade e facilidade de uso.

À medida que mais empresas de manufatura adotam tecnologias preparadas para a Indústria 4.0, as tecnologias emergentes de mecatrônica inteligente estão conferindo às máquinas maior inteligência e versatilidade. Esses sistemas avançados também são mais fáceis de especificar, encomendar e implementar do que as opções anteriores, aumentando seu valor para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e usuários finais.

Compreender as capacidades da mecatrônica inteligente pode ajudar os engenheiros de projeto de sistemas a avaliar a melhor forma de aproveitar esses recursos para tornar suas soluções de fabricação altamente competitivas.

Os dispositivos mecatrônicos modernos são integrados e versáteis.

A mecatrônica engloba sistemas e subconjuntos que combinam componentes mecânicos e eletrônicos distintos em soluções dedicadas a tarefas específicas. No mundo do movimento, dois exemplos são a montagem e o transporte de produtos, realizados por sistemas mecatrônicos de movimento linear e robôs cartesianos. A essência da mecatrônica reside na integração precisa de motores eletrônicos, controles, sensores e componentes lineares. A mecatrônica pode ser considerada uma precursora das tecnologias da Indústria 4.0.

A mecatrônica inteligente leva o conceito adiante, assumindo a forma de soluções completas que incorporam sensores avançados e plataformas de controle fáceis de usar. Esses sistemas proporcionam:

• Dados em tempo real sobre o desempenho da máquina
• Dados em tempo real sobre a qualidade da fabricação, quando aplicável.
• Controle e execução precisos de sequências de movimento
• Rastreamento automatizado de dados de produção e rendimento
• Conectividade facilitada com sistemas de gerenciamento em nível de máquina e em toda a planta

Mecatrônica inteligente, primeiro passo: Configuração online

Os sistemas mecatrônicos inteligentes são mais rápidos e fáceis de projetar e comissionar do que os sistemas mecatrônicos anteriores. Isso é vantajoso porque a mecatrônica é, por sua própria natureza, bastante complexa — exigindo a consideração e o dimensionamento simultâneos de múltiplos componentes lineares, acionamentos, controladores e interfaces de operador… e, em seguida, sua combinação cuidadosa.

O primeiro passo para especificar, comprar e colocar em funcionamento uma máquina mecatrônica inteligente é aproveitar as ferramentas online acessíveis pelos portais dos fornecedores. Essas ferramentas de configuração permitem que os engenheiros criem sistemas inteligentes prontos para operar "imediatamente", com programação mínima... sendo, portanto, mais úteis para engenheiros com apenas um conhecimento básico de atuação elétrica e hidráulica (incluindo movimento linear) e controles de movimento. Os usuários inserem parâmetros como curso, peso da peça e tempo de ciclo, o que gera uma saída que pode ser verificada no ambiente CAD da ferramenta online. Após as instruções de dimensionamento e configuração, todos os componentes para a solução mecatrônica completa — como um robô cartesiano, uma prensa ou uma máquina de junção — podem ser especificados de uma só vez. Essa opção permite que os engenheiros obtenham uma solução completa de um único fornecedor, recebendo um sistema integrado com sequências de movimento pré-programadas, pronto para implementação imediata.

Controle operacional mais inteligente e simples

A mecatrônica inteligente pode aumentar a produtividade e a flexibilidade, geralmente com processos de produção "transparentes" — com sensores para monitoramento de condições em tempo real.

Considere como alguns fabricantes oferecem kits de funções mecatrônicas específicas para cada operação, visando dar suporte a esse monitoramento. Por exemplo, um kit de funções para uma prensa pode incluir um cilindro eletromecânico, um servoacionador, um motor, um controlador, sensores e um software para o operador, permitindo operações de prensagem e montagem. Máquinas construídas com esse tipo de kit são fáceis de implementar, pois os componentes já vêm com o software operacional pré-instalado e a parametrização automática pronta para ser executada no servoacionador — portanto, não é necessário conhecimento em programação de controle de movimento para colocar a máquina em funcionamento. O software possui uma interface gráfica de usuário (GUI) intuitiva, do tipo "arrastar e soltar", que permite aos operadores criar sequências de produção de forma intuitiva — como, por exemplo, prensar rolamentos de esferas em uma carcaça.

Além disso, a máquina pode vir equipada com um sensor de força integrado para medir e monitorar as operações. Por exemplo, em uma prensa de rolamentos, esses sensores podem monitorar o atuador linear para garantir que ele aplique a força exata necessária para inserir as esferas em seus alojamentos. Ao mesmo tempo, os controles do sistema também podem executar o controle de qualidade, assegurando que os atuadores executem corretamente suas sequências precisamente controladas. Como essas sequências em uma prensa normalmente se repetem centenas ou até milhares de vezes por hora, o controlador do sistema registra e envia para armazenamento as medições de cada ciclo de movimento. Os operadores podem então usar as ferramentas do pacote de controle para criar visualizações dos resultados do processo. Essas visualizações podem mapear se as forças de prensagem excederam ou não os limites do processo e permitir que os operadores analisem as curvas de força-deslocamento em tempo real em suas estações de trabalho. Esses dados permitem que operadores de máquinas experientes mantenham a mais alta qualidade e produtividade de fabricação sem a necessidade de programação especializada ou desenvolvimento de análises de qualidade por engenheiros de software experientes.

Além disso, os dados também podem ser exportados por meio de interfaces de sistema para sistemas de análise de manufatura em nuvem ou em toda a planta… tornando o sistema de mecatrônica inteligente um componente integral da plataforma da Indústria 4.0 de uma empresa.

Funcionalidades semelhantes também estão sendo implementadas em outros cenários de automação industrial, incluindo sistemas de movimento linear, como robôs cartesianos para operações de pegar e colocar ou transporte. Esses sistemas utilizam ferramentas de configuração online similares para dimensionar e especificar todos os módulos lineares, atuadores e efetores finais, cabeamento, sensores, acionamentos elétricos e controladores necessários para sistemas de movimentação completos.

Aplicações de mecatrônica inteligente em ação

A mecatrônica inteligente demonstra como a tecnologia sofisticada pode resolver problemas complexos de engenharia de uma forma mais simples. Em um cenário industrial comum, os fabricantes de máquinas geralmente tentam desenvolver seus próprios conjuntos mecatrônicos encomendando e integrando componentes separados — atuadores lineares, controladores, fontes de alimentação, atuadores finais e outros. Esse processo costuma ser trabalhoso e demorado.

Em muitas empresas ou integradoras de sistemas, é comum que a equipe de engenharia mecânica seja responsável por especificar e encomendar um conjunto de componentes, enquanto a equipe de engenharia elétrica encomenda os seus. Essa estrutura representa um desafio maior para o departamento de compras, e a equipe de engenharia fica encarregada de garantir a integração física de todos os componentes e a programação necessária para que funcionem conforme o especificado.

O conceito de mecatrônica inteligente muda esse paradigma e, com isso, libera os engenheiros para que possam dedicar tempo e recursos a questões de projeto mais complexas e desafiadoras. Sem dúvida, os benefícios e vantagens oferecidos pela tecnologia de mecatrônica inteligente ajudarão os fabricantes a construir sistemas mais prontos para produção, com inteligência e tecnologia de sensores integradas para atender aos requisitos da Indústria 4.0.

Embora o conceito de mecatrônica inteligente seja bastante intuitivo, ainda é importante trabalhar com fornecedores de mecatrônica cujos portfólios e expertise em engenharia abranjam toda a gama de componentes — produtos de movimento linear, controladores, servoacionamentos e software de operação — necessários para construir soluções mecatrônicas completas e de alto desempenho. Também é importante avaliar a qualidade e a facilidade de uso de suas ferramentas de configuração, para garantir que a facilidade de uso prometida pelos movimentos da mecatrônica inteligente — do início ao fim — seja totalmente cumprida. Isso ajuda a garantir que os fabricantes de máquinas e os usuários finais possam aproveitar ao máximo os benefícios de "plug-and-produce" da mecatrônica inteligente em suas operações.