34. Industria 4.0

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

F. História e Desafios da Engenharia Mecânica

34. Industria 4.0

     Avaliação de corpos de prova produzidos em pla por manufatura aditiva por extrusão e moldagem por injeção

Resumo

O poliácido lático (PLA) é um polímero biodegradável obtido através de fontes renováveis. Em comparação com plásticos comuns, o PLA demanda menos água e energia elétrica e gera menos gases do efeito estufa. Estas características têm despertado um grande interesse por este material para a produção de produtos com apelo ecológico. Na manufatura aditiva por extrusão, além da maior sustentabilidade, a utilização de PLA têm aumentado por conta da maior facilidade no uso em comparação com o acrilonitrila butadiendo estireno (ABS). Entretanto, constata-se que por sua relativa recente introdução não existem informações suficientes que orientem os usuários de impressoras 3D acerca do comportamento mecânico das peças obtidas. O objetivo deste trabalho foi avaliar peças fabricadas em PLA obtidas pelos processos de manufatura aditiva por extrusão e moldagem por injeção. Foram produzidos corpos de prova com variação na densidade de preenchimento, da estratégia de construção e orientação de fabricação em impressora 3D modelo RepRap. Para avaliar as diferentes condições de construção foram obtidos corpos de prova em máquina injetora. Os resultados dos ensaios mecânicos mostram que a densidade de construção e orientação de construção foram mais significativos para a aumento da resistência mecânica. Devido a presença de vazios, inerente ao processo de manufatura aditiva, a resistência mecânica dos corpos de prova em relação aos produtos injetados foi consideravelmente inferior.

Palavras chaves: Impressão 3D, Comportamento mecânico, Injeção, PLA.

      Aurélio Netto, Leonardo Santana, Igor Pereira, Rodrigo Paggi, Diovani Castoldi Lencina


      Desarrollo y evaluación de prótesis de miembro superior fabricada con tecnologías de manufactura digital

Resumo

La manufactura digital está revolucionando el desarrollo de soluciones en el campo de la medicina, lo cual permite que emerjan nuevos avances en la producción de prótesis de miembro superior. En el Perú, la industria predominante que satisface esta necesidad se dedica a la importación de estos productos. Como consecuencia, las prótesis personalizadas que son funcionales poseen un precio elevado tanto de adquisición como de mantenimiento y las prótesis de un costo menor son netamente estéticas. En contraste a estas características, se ha desarrollado una prótesis de miembro superior para una amputación parcial de mano. Como principio de fabricación se utilizan las tecnologías de manufactura digital, las cuales tienen un gran potencial para convertirse en la principal herramienta de producción en la industria. Con esto se busca reformular el proceso de producción tradicional a uno inteligente que realmente satisfaga las necesidades locales tanto estéticas, antropométricas, funcionales y económicas. Esta prótesis contempla el desarrollo de una metodología y una propuesta de diseño. En primer lugar, la metodología plantea la integración de las tecnologías de corte láser, impresión y escaneo 3D, para así tener una producción eficaz y eficiente de una prótesis personalizada. En segundo lugar, se ha realizado el rediseño de las prótesis convencionales, proponiendo tres cambios: la mejora del encaje a medida en el acople de la prótesis al miembro amputado por medio del escáner 3D; la distribución de puntos de apoyo en zonas de mayor contacto, que evitan lesiones e incrementan la ventilación, realizado en silicona ortopédica con corte láser y el diseño de los componentes mecánicos en base a los parámetros de impresión con la finalidad de eliminar los elementos metálicos que degradan el material. Con estas características se logra mejorar el desempeño, aumentar la durabilidad, optimizar el mantenimiento, reducir los costos e incrementar la velocidad de fabricación para una prótesis personalizada.

Palavras chaves: impresión 3D, manufactura digital, industria 4.0, prótesis de mano, prótesis personalizada

     Ana Sánchez, Jennifer Wong, Marlene Bustamante


      Aportación de la realidad aumentada a la mejora del proceso de soldadura

Resumo

Mejorar las técnicas y habilidades de soldadura manual es importante para los soldadores, la tecnología de Realidad Aumentada proporciona un nuevo medio para el entrenamiento de estas habilidades. Este estudio compara el modelo de formación convencional con una nueva metodología llamada Augmented Training (AT), esta metodología tiene como objetivo obtener una notable reducción de costes, tiempo y recursos y, a la vez, pretende disminuir los riesgos y el peligro que implican estas prácticas. AT viene acompañado del uso de la realidad aumentada y busca aumentar la motivación de los estudiantes y, por tanto, su cualificación. En la sociedad actual observamos que existe una falta de soldadores cualificados que produce una brecha entre la demanda laboral de las industrias y los estudiantes certificados que proceden de los centros de formación. Esta situación la podemos trasladar a cualquier disciplina técnica que requiera de mucha habilidad. Esto es debido a que se entiende que la práctica es la única vía para poder asimilar el conocimiento. Cuando el entrenamiento de la disciplina es caro o implica riesgo físico y contaminación, como ocurre en la soldadura, esto se convierte en un problema. Por este motivo, sería interesante reducir estas prácticas pero sin que esto conlleve la pérdida de calidad en la formación.

Palavras chave:Augmented Reality, Augmented Training, Welding Simulation.

     J Castilla Gutiérrez, JC Fortes-Garrido, D Barroso de la Rosa, JM Dávila Martín, B Fortes-Hidalgo


      Mapeamento do progresso de moldes – uma ferramenta de gestão visual para a indústria 4.0

Resumo

O planeamento da produção de moldes é uma tarefa muito complexa, e ao longo dos anos foram desenvolvidas e experimentadas várias soluções vindas dos métodos clássicos de planeamento, mas nenhuma com sucesso comprovado. A dificuldade do planeamento deve-se a vários fatores: cada molde “explode” em diversas dezenas de componentes, com percursos e necessidades de fabrico específicas; cada molde é único, o que significa dificuldades de padronização e surgem frequentemente alterações solicitadas pelos clientes, implicando um retrocesso de certos componentes no processo produtivo. Através de um estudo efetuado junto de empresas fabricantes de moldes, onde este problema persiste, a par da aplicação de lógicas de produção Lean (Lean Manufacturing) e ainda numa perspetiva de num futuro próximo existir uma sensorização e digitalização completa dos equipamentos e recursos produtivos (perspetiva da Indústria 4.0), foi desenvolvida a metodologia Mapeamento do Progresso de Moldes (MPM). Tendo a ambição de se tornar uma ferramenta de Gestão Visual para apoio ao planeamento do fabrico de moldes, o MPM permite ao decisor de planeamento saber a cada momento qual o progresso global do fabrico, qual o desvio relativamente ao planeado e qual o diferencial para o prazo de entrega. Exige “apenas” que o decisor indique ao MPM a criticidade dos tipos de componentes do molde e a contribuição prevista das fases em que se divide o seu fabrico, e ainda que o sistema produtivo “saiba” (digitalização) em que fase de produção está cada um dos componentes que constituem o molde. O estudo efetuado, e presente neste artigo, contribui para que este tipo de abordagem seja usada não só nas empresas de fabrico de moldes mas noutras empresas que tenham problemas similares de planeamento.

Palavras chave: produção de moldes, planeamento de produção, mapeamento do processo, gestão visual, Indústria 4.0

     Diogo Pina Jorge, Paulo Peças - IDMEC


     Conceitos da indústria 4.0 aplicados à gestão de testes automotivos

Resumo

O desenvolvimento de tecnologias como sistemas ciber-físicos e a aplicação de novos conceitos como a internet das coisas possibilitaram uma nova revolução industrial: a indústria 4.0. Sistemas automatizados, inteligentes e interligados têm papel central nas formas de funcionamento, tomada de decisão e organização dos processos de negócios. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um sistema computacional para gerenciamento dos testes de caminhões e ônibus em uma fábrica automotiva brasileira de grande porte. A captura informações dos veículos protótipos em tempo real é realizada por um sistema de telemetria (GPS/GPRS) ao longo da rodagem e por um sistema de RFID ao entrar na oficina, de forma a auxiliar no gerenciamento de suas manutenções, como o acompanhamento dos serviços realizados por mecânicos e outros funcionários durante seu período de revisão, e no detalhamento de relatórios de rodagem, como consumo e análise do óleo e quilometragem acumulada para cada peça-protótipo em fase de teste de durabilidade. Os resultados são operações automatizadas e em tempo real, armazenamento e disponibilização de séries históricas das rodagens, previsão e divulgação interna das próximas datas de manutenção, além de relatórios detalhados por veículo sobre a quilometragem acumulada por peça-protótipo, consumo e análises de óleo e serviços realizados nas revisões em oficina durante os ciclos do teste.

Palavras chave:indústria 4.0, internet das coisas, sistemas ciber-físicos, telemetria, RFID

     Mateus de Paula Nascimento, Kelly Alonso Costa, Cecilia Toledo Hernandez, Eliane da Silva Christo


     Indústria 4.0: desafios e oportunidades

Resumo

A evolução das tecnologias de informação e sua introdução nos processos de produção está transformando a indústria tradicional, elevando-a para um novo patamar de desenvolvimento organizacional. A fim de aproveitar os benefícios dessas tecnologias para fortalecer a competitividade no mercado global, uma mudança de paradigma na fabricação está sendo discutida em todo mundo, a Indústria 4.0. Indústria 4.0 ou quarta revolução industrial, é um dos termos utilizados para descrever a utilização de dispositivos tecnológicos que se comunicam de forma autônoma ao longo da cadeia de valor. Neste contexto, Cyber-physical systems (CPS) auto-organizam-se, monitorizam processos e criam uma cópia virtual do mundo real, a Internet of things (IoT) conecta máquinas, objetos e pessoas em tempo real e Cloud Computing permite a troca de informações para que processos de produção e negócios sejam combinados criando valor para as organizações. Não há dúvidas que essa nova abordagem terá grandes impactos não só na melhoria da produtividade, mas também no desenvolvimento de novos produtos, serviços e modelos de negócios. No entanto, para que os benefícios do Indústria 4.0 sejam plenamente alcançados alguns requisitos devem ser analisados e cumpridos. O objetivo geral do estudo é intensificar o debate e fornecer uma visão geral da Indústria 4.0. Embora a Indústria 4.0 seja atualmente uma prioridade em algumas empresas, ainda não existe consenso entre a academia, os empresários e as autoridades governamentais sobre a sua concepção. Como objetivos específicos, este estudo pretende através de uma breve revisão da literatura descrever os seus componentes, os desafios atuais, e como as novas tecnologias podem fornecer soluções adequadas para sua implementação.

Palavras chave: Indústria 4.0, Realidade Aumentada, RIFD, Impressão 3D.

     Paiva Santos, B, Alberto A., Lima, T. M., Charrua-Santos


     Information technologies and operational excellence: an Industry 4.0 perspective

Resumo

We explore the why and how of synergies and dysfunctions between Information Technologies (IT) and Operational Excellence. Building on an evolutionary framework, we suggest that IT causes mutations in firms’ organizational routines, which in the presence of a coherent strategy deployment that guarantees goal congruence may become capabilities whose adaptability depends on the selection mechanisms in the firm’s environment. Evidence stems from a longitudinal case study for a period of 11 years (2003-2014) in one of the world’s largest canning factories. Combining several quasi-experiments with time series data, we compare the gradual change and evolution of Lean-IT implementation in several settings of an ecosystem with 17 different assembly lines and 1,100 workers. The paper thus highlights the simultaneity of rational, random and emergent components in mutations in Industry 4.0; the influence of the rhythm and sequence of reforms in the construction of capabilities; and the effect of environmental evolution on the type of mutations passed on over time.

Palavras chave: Industry 4.0. Information Technologies, Operational Excellence, Lean routines

     Antonio Sartal, Xosé H. Vázquez


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