Os atuais OEMs de sistemas de manufatura e usuários finais de automação buscam constantemente avanços tecnológicos para facilitar suas vidas. 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 prontas para a Indústria 4.0, as tecnologias emergentes de mecatrônica inteligente estão proporcionando às máquinas maior inteligência e versatilidade. Esses sistemas avançados também são mais fáceis de especificar, solicitar e implantar do que as opções anteriores — aprimorando seu valor para OEMs e usuários finais.

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

A mecatrônica moderna é integrada e versátil

Mecatrônica são 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 de movimento linear mecatrônico e robôs cartesianos. A integração de motores eletrônicos, controles, sensores e componentes lineares é fundamental para a mecatrônica. 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 de fabricação, conforme aplicável
• Controle preciso e execução de sequências de movimento
• Rastreamento automatizado de dados de produção e produtividade
• Fácil conectividade com sistemas de gerenciamento de nível de máquina e de toda a planta

Mecatrônica inteligente, primeiro passo: configuração online

A mecatrônica inteligente é mais rápida e fácil de projetar e comissionar do que os sistemas mecatrônicos anteriores. Isso é útil porque a mecatrônica é, por natureza, bastante complexa — exigindo consideração e dimensionamento simultâneos de múltiplos componentes lineares, acionamentos, controladores e interfaces de operação... e, em seguida, sua combinação cuidadosa.

O primeiro passo para especificar, comprar e comissionar uma máquina mecatrônica inteligente é utilizar ferramentas online acessíveis por meio de portais de fornecedores. Essas ferramentas de configuração permitem que engenheiros construam sistemas inteligentes prontos para operar "prontos para uso" com programação mínima... portanto, talvez sejam mais úteis para engenheiros que possuem apenas um conhecimento básico de atuação elétrica e de energia fluida (incluindo movimento linear) e controles de movimento. Os usuários inserem parâmetros como curso, peso da peça e tempo de ciclo, que então geram uma saída que pode ser verificada no ambiente CAD da ferramenta online. Com os prompts de dimensionamento e configurador a seguir, todos os componentes para a solução mecatrônica completa — como um robô cartesiano, uma máquina de prensagem ou uma máquina de junção — podem ser especificados de uma só vez. É uma opção que permite que engenheiros obtenham uma solução completa de um único fornecedor — recebendo um sistema integrado enviado com sequências de movimento pré-programadas prontas para implementação plug-and-produce.

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, a fim de auxiliar nesse monitoramento. Por exemplo, um kit de funções para uma máquina de prensagem pode incluir um cilindro eletromecânico, um servoacionamento, um motor, um controlador, sensores e um software de operação para auxiliar nas operações de prensagem e montagem de juntas. Máquinas construídas com esse kit de funções são fáceis de implementar, pois os componentes vêm com software operacional pré-instalado... e parametrização automática pronta para ser executada no servoacionamento — portanto, não é necessário conhecimento de programação de controle de movimento para colocar a máquina em operação. O software possui uma interface gráfica de usuário (GUI) com recurso de arrastar e soltar, que permite aos operadores criar sequências de produção intuitivamente — como, por exemplo, prensar rolamentos de esferas em um alojamento.

Além disso, a máquina pode vir com um sensor de força integrado para medir e rastrear as operações. Por exemplo, tais sensores em uma aplicação de prensa de rolamento podem rastrear o atuador linear para garantir que ele aplique a força exata para inserir as esferas em seus alojamentos de rolamento. Enquanto isso, os controles do sistema também podem executar o controle de qualidade, garantindo que os atuadores executem corretamente suas sequências precisamente controladas. Como tais sequências em uma máquina de prensagem normalmente se repetem centenas ou até milhares de vezes por hora, o controlador do sistema registra e encaminha para armazenamento as medições de cada ciclo de movimento. Os operadores podem então usar ferramentas no pacote do controlador para criar visualizações dos resultados do processo. Estas podem mapear se as forças de prensagem excederam ou não atingiram 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 de fabricação e produtividade sem qualquer programação especializada ou desenvolvimento de análise de qualidade por engenheiros de software especialistas.

Além disso, os dados também podem ser exportados por meio de interfaces de sistema para sistemas de análise de fabricação em toda a fábrica ou baseados na nuvem... tornando o sistema mecatrônico inteligente um componente integral da plataforma Indústria 4.0 de uma empresa.

Recursos semelhantes também estão sendo implantados em outros cenários de automação fabril, incluindo sistemas de movimento linear, como robôs de manuseio cartesianos para operações de coleta e colocação ou transporte. Eles utilizam ferramentas de configuração online semelhantes para dimensionar e especificar todos os módulos lineares, atuadores e efetores, cabeamento, sensores, acionamentos elétricos e controladores necessários para sistemas completos de manuseio.

Aplicações mecatrônicas inteligentes em ação

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

Em muitas empresas ou integradores de sistemas, é comum que o grupo de engenharia mecânica seja responsável por especificar e encomendar um conjunto de componentes, enquanto o grupo elétrico encomenda seus próprios componentes. Esses arranjos são mais desafiadores para o departamento de compras, e a equipe de engenharia é responsável por encaixar tudo fisicamente e programá-lo para garantir que funcione conforme especificado.

O conceito de mecatrônica inteligente muda esse paradigma e, no processo, 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 a produção, com a inteligência e a 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 experiência 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 do sistema "plug-and-produce" da mecatrônica inteligente em suas operações.