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Trabalho de robótica e sistemas de manufatura.
Tipologia: Trabalhos
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Não perca as partes importantes!
Robótica e Sistemas Flexíveis de Manufatura
Joinville - SC
Trabalho acadêmico apresentado ao curso de ENGETEC, da Universidade da Região de Joinville (UNIVILLE), como requisito parcial para a conclusão da disciplina de Robótica e Sistemas Flexíveis de Manufatura, sob orientação do professor Marcos Francisco Ietka.
Joinville / SC
Buscando uma maior competitividade, as empresas de manufatura estão adotando
sistemas de produção cada vez mais eficientes. Dentre estes sistemas, pode-se citar o Sistema
Flexível de Manufatura (FMS), que tem por objetivo reduzir o lead time , reduzir o excesso de
estoque e também o fluxo de material pela planta, além de aumentar a utilização dos recursos
(máquinas) dentro da empresa.
Um processo de montagem, para ser adotado o FMS, tem-se atualmente uma quantidade
ilimitada de possibilidades para a realização da mesma, sendo sempre impactado ou limitado
em quanto se está disposto em investir e se ficará viável. Pode-se afirmar que atualmente é
possível automatizar quase todos os processos de montagem, basta estar disponível o tempo e
recursos, pois existem inúmeras empresas focadas neste tipo de automação.
Com base em tais premissas, será demonstrado ao decorrer do trabalho a elaboração de
um processo de montagem completo de uma morsa de bancada, buscando aplicar os conceitos
do sistema flexível de manufatura, a fim de obter um processo eficiente, englobando não
somente o layout da linha de produção, mas também uma pesquisa exploratória e descritiva de
todo o processo, adequando às normas estabelecidas.
Para introduzir os conteúdos que serão abordados no decorrer do trabalho, na
fundamentação teórica serão apresentadas informações e conceitos sobre o sistema flexível de
manufatura e também a ergonomia, que está por trás das linhas de montagem.
O sistema flexível de manufatura, Flexible Manufacturing Systems (FMS), segundo Groover
(2011), é definido como um dos tipos de célula de manufatura usados para implementar a manufatura
celular. Pode-se dizer que ela é mais automatizada e tecnologicamente sofisticada das células de
tecnologia de grupo. Este sistema normalmente é composto por estações automatizadas, sendo capaz de
produzir um modelo misto de produtos.
Para Lorini (1993) os sistemas flexíveis de manufatura são uma combinação de equipamentos,
sistemas de controle e de comunicação integrados na manufatura, para um desempenho de alta
produtividade, com capacidade de respostas de modo mais rápido e econômico a mudanças no ambiente
operacional. Um exemplo de FMS destaca-se na figura 01, com uma linha de produção automatizada e
também com trabalhadores em operação.
Figura 01 – Sistema flexível de manufatura
Fonte: https://sistemafindes.org.br. ( 2019 ).
A flexibilidade é a habilidade do sistema de manufatura de responder a circunstâncias variáveis
do ambiente ajustando-se em um amplo intervalo de possibilidades, em tempo e economicamente
(LUCERO, 2006).
Para um sistema ser considerado um FMS o mesmo deve atender alguns parâmetros, segundo
Groover (2011), dentre eles:
o O sistema deverá processar diferentes tipos de peças em um modo não lote; o O sistema deve aceitar imediatamente mudanças na programação de produção; o O sistema deve recuperar-se tranquilamente de falhas de equipamentos e paralizações sem que haja a interrupção total na produção; o O sistema deve permitir a introdução de novos projetos de peças no mix de produtos existentes com facilidade.
Durante a II Guerra Mundial, desenvolveu-se a Ergonomia, através da conjugação sistemática
de esforços entre a tecnologia, as ciências humanas e biológicas para resolver problemas de projeto, seja
dos equipamentos militares ou suas consequências. Os resultados obtidos foram muito gratificantes,
sendo aproveitados pela indústria, na pós-guerra. (DUL e WEERDMEESTER, 2004).
De acordo com Dul e Weerdmeester (2004. p.1), “o termo ergonomia é derivado das palavras
gregas ergon (trabalho) e nomos (regras).”. Portanto, seriam as regras aplicadas ao projeto de máquinas
e equipamentos para a melhoria da segurança, conforto, saúde e eficiência de trabalho. Dul e
Weerdmeester explicam (2004, p.2):
Ergonomia (ou fatores humanos) é uma disciplina científica que estuda as interações dos homens com outros elementos do sistema, fazendo aplicações da teoria, princípios e métodos de projeto, com o objetivo de melhorar o bem-estar humano e o desempenho global do sistema.
Sempre que possível e justificável, deve-se também realizar as medidas antropométricas
da população para a qual está sendo projetado um produto ou equipamento, pois equipamentos
fora das características dos usuários podem levar a estresse desnecessário e até provocar
acidentes graves. Antropometria também é uma palavra derivada do grego, sendo antropo
(homem) e metria (medida), podendo ser definida, portanto, como o estudo das medidas do
homem, ou ainda como “o estudo das medidas físicas do corpo humano”. (IIDA, 2005 ).
04 Carro 1 , 05 Parafuso M6x10 4, 06 Mordente 2 , 07 Corpo 1 , 08 Encosto menor 4 , 09 Suporte 1, 10 Parafuso 2 , 11 Braço menor 2 , 12 Placa base 1 , 13 Contra-pino 1 , 14 Arruela M14 2 , 15 Mola 1, Fonte: Os autores. ( 2019 ).
Para a realização da montagem da morsa optou-se por desenvolver duas sublinhas de
montagem, em virtude de os componentes da morsa serem diferentes e haver a necessidade de
realizar a montagem em etapas. Na primeira sublinha será realizado a montagem do carro
móvel, e na outra a montagem da base, para posteriormente realizar a união das mesmas.
O sistema permitirá a montagem de 04 modelos com variações no tamanho do produto.
Serão utilizados 4 tipos de paletes no sistema de transporte, sendo que estes estarão aptos para
receber cada tipo de modelo. A quantidade montada de cada modelo é definida pelo cliente,
uma vez que é este que defini o mix de produção. E com o intuito de facilitar a identificação
dos modelos e tamanhos a serem montados será adotado cores diferentes para cada modelo e
tamanho de morsa, seguindo o padrão abaixo:
o Modelo A: 5” – Vermelha – Mix de 35%; o Modelo B: 4” – Verde – Mix de 30%; o Modelo C: 3” – Azul – Mix de 20%; o Modelo D: 8” – Amarela – Mix de 15%; Desta forma, todos os componentes serão identificados corretamente durante todo o
processo de montagem. Visto que, em cada estação operada manualmente, o operador terá as
peças de cada um dos modelos a sua disposição. Quando se estiver trabalhando com o modelo
A, por exemplo, a caixa com o componente a ser utilizado na montagem estará devidamente
sinalizada.
Para a elaboração do layout inicial, adotou-se alguns parâmetros ergonômicos para o
dimensionamento dos transportadores e bancadas. Pois como o operador terá de se posicionar
em frente ao transportador e alcançar o componente do outro lado, é necessário que a largura
do mesmo possua uma dimensão mínima, de acordo com as medidas antropométricas do corpo
humano.
De acordo com o “anexo A” retirado do livro Architectural Graphic Standards , de
Dennis J. Hall, deve-se respeitar as dimensões do alcance máximo do braço, neste caso, adotou-
se a média de 650mm. Além disso, deve-se considerar a altura de todos os transportadores de
1000mm (altura ideal para trabalho leve em bancada).
Figura 03 – Ergonomia em bancada
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
3.4 Proposta de layout
O layout de instalações industriais é a disposição de recursos de produção e sua interação
num determinado espaço. Lee (1998) afirma que o layout pode ser a essência de uma produção
eficiente, desde que se tenha em conta todas as estações de trabalho, do qual resulte um
ambiente onde se integrem pessoas, serviços, produtos, informações e tecnologia. Além disso,
determina como os materiais, pessoas e informação fluem durante o processo produtivo.
A elaboração do layout de uma linha é realizada a partir da definição do sistema de
manuseio do material. Os sistemas de manuseio de material são utilizados para transferir peças
entres estações de trabalho, podendo realizar transferências com mecanismos e robôs
A linha de montagem será designada com os termos de “Linha 10” e “Linha 20”, sendo
que, a linha 10 refere-se à montagem do carro móvel e a linha 20 à montagem do carro fixo
(corpo). Cada linha de montagem é composta por estações, onde são realizadas as etapas de
montagem. As estações foram denominadas por “Estação nLn”, por exemplo: Estação 10L10,
Estação 20L10.
→ Estação 1 0L10: É realizada a alimentação do Pallet na linha através de um
elevador/empurrador, com vários Pallets já a disposição para a linha de produção.
→ Estação 20L10: Encaixar o parafuso de aperto (eixo) sobre a furação já existente na base do
Pallet, posicionando o furo do contra pino na posição frontal à linha, facilitando a operação
posterior.
Figura 05 – Montagem Estação 2 0 L 10
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
→ Estação 3 0L10: Em virtude do peso da peça, um robô encaixará o carro móvel sobre o
parafuso de aperto, deixando livre o furo do contra-pino e dos mordentes para etapa seguinte.
Figura 06 – Montagem Estação 30 L 10
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
→ Estação 40L10 + 50L10: O operador realizará a montagem do conjunto (arruela, mola e
arruela) na estação 40L10. E na estação 50L10, em virtude da pressão de pré-carga da mola, o
operador com o auxílio de um dispositivo, montará o conjunto e o contra pino na posição (com
uma pinadeira de cartucho), para posteriormente ser realizado a torção e travar o dispositivo
(conjunto).
Figura 07 – Montagem Estação 40L10+50L 10
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
Figura 09 – Montagem Estação 2 0 L 20
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
→ Estação 30L2 0 : Neste ponto, encontra-se a peça com o maior peso e principal componente
a ser acoplado na montagem, sendo assim, por questões de ergonomia, a movimentação da peça
para o transportador é realizado por um robô.
Figura 10 – Montagem Estação 3 0 L 20
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
→ Estação 4 0L2 0 + 50L20: Com a base já posicionada, inicia-se o processo de encaixe dos
mordentes, similar a linha 10. O operador realiza o encaixe e, posteriormente na estação 40L20,
posiciona o parafuso iniciando a rosca para finalizar com a parafusadeira (também alimentada
por um sistema vibratório). O segundo parafuso é fixado na estação 50L20.
Figura 11 – Montagem Estação 40 L 20
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
→ Estação 60L2 0 : Com o auxílio de um robô, realiza-se a movimentação do conjunto da
estação 70L10 e da 50L20 para a atual, para então unir o carro móvel com o carro fixo.
→ Estação 7 0L2 0 : Após o encaixe realizado na estação anterior, um dispositivo acoplado, fará
o rosqueamento do fuso principal na morsa, finalizando o encaixe.
Figura 12 – Montagem Estação 6 0 L 20 + 70 L 20
Fonte: Os autores. ( 2019 ).
→ Estação 80 L 20 : Nesta estação realiza-se a montagem dos parafusos e dos manípulos.
Tabela 02 – Tempo de ciclo para cada estação
Peça j
Mix de peças pj
Ope- ração k
Descrição Estação i
Tempo processo tijk (seg)
Fre- quência fijk
A 0,
1 Alimentação do Pallet na Linha 10 10L10 3,0 1 2 Encaixe do parafuso de aperto no Pallet + Transportes 20L10 5,5 1 3 Montagem do Carro Móvel + Transportes 30L10 7,8 1 4 Montagem do Conjunto Mola e Arruelas + Transportes 40L10 7,3 1 5 Pinagem conjunto mola + Transportes 50L10 6,0 1 6 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 60L10 7,2 1 7 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 70L10 5,8 1 8 Alimentação do Pallet na Linha 20 10L20 3,0 1 9 Posicionamento da placa e base + Transportes 20L20 6,5 1 10 Montagem do Corpo + Transportes 30L20 7,8 1 11 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 40L20 7,2 1 12 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 50L20 5,8 1 13 União carro móvel com fixo + Transporte 60L20 8,5 1 14 Aperto do fuso no conjunto + Transporte 70L20 6,5 1 15 Montagem manípulos + Transporte 80L20 8,2 1 16 Controle qualidade por câmera + Transporte 90L20 6,0 1 17 Descarga 100L20 4,5 1
B
B
0,
1 Alimentação do Pallet na Linha 10 10L10 3,0 1 2 Encaixe do parafuso de aperto no Pallet + Transportes 20L10 5,5 1 3 Montagem do Carro Móvel + Transportes 30L10 7,6 1 4 Montagem do Conjunto Mola e Arruelas + Transportes 40L10 7,2 1 5 Pinagem conjunto mola + Transportes 50L10 6,0 1 6 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 60L10 7,2 1 7 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 70L10 5,8 1 8 Alimentação do Pallet na Linha 20 10L20 3,0 1 9 Posicionamento da placa e base + Transportes 20L20 6,3 1 10 Montagem do Corpo + Transportes 30L20 7,5 1 11 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 40L20 7,2 1 12 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 50L20 5,8 1 13 União carro móvel com fixo + Transporte 60L20 8,5 1 14 Aperto do fuso no conjunto + Transporte 70L20 6,1 1 15 Montagem manípulos + Transporte 80L20 8,0 1 16 Controle qualidade por câmera + Transporte 90L20 6,0 1 17 Descarga 100L20 4,5 1
C 0,
1 Alimentação do Pallet na Linha 10 10L10 3,0 1 2 Encaixe do parafuso de aperto no Pallet + Transportes 20L10 5,5 1 3 Montagem do Carro Móvel + Transportes 30L10 7,4 1 4 Montagem do Conjunto Mola e Arruelas + Transportes 40L10 7,0 1 5 Pinagem conjunto mola + Transportes 50L10 6,0 1 6 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 60L10 7,2 1 7 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 70L10 5,8 1 8 Alimentação do Pallet na Linha 20 10L20 3,0 1 9 Posicionamento da placa e base + Transportes 20L20 6,1 1
10 Montagem do Corpo + Transportes 30L20 7,2 1 11 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 40L20 7,2 1 12 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 50L20 5,8 1 13 União carro móvel com fixo + Transporte 60L20 8,5 1 14 Aperto do fuso no conjunto + Transporte 70L20 5,7 1 15 Montagem manípulos + Transporte 80L20 7,8 1 16 Controle qualidade por câmera + Transporte 90L20 6,0 1 17 Descarga 100L20 4,5 1
D 0,
1 Alimentação do Pallet na Linha 10 10L10 3,0 1 2 Encaixe do parafuso de aperto no Pallet + Transportes 20L10 5,5 1 3 Montagem do Carro Móvel + Transportes 30L10 8,3 1 4 Montagem do Conjunto Mola e Arruelas + Transportes 40L10 7,5 1 5 Pinagem conjunto mola + Transportes 50L10 6,0 1 6 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 60L10 7,2 1 7 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 70L10 5,8 1 8 Alimentação do Pallet na Linha 20 10L20 3,0 1 9 Posicionamento da placa e base + Transportes 20L20 6,5 1 10 Montagem do Corpo + Transportes 30L20 7,8 1 11 Montagem Mordente e 1º Parafuso + Transportes 40L20 7,2 1 12 Montagem do 2º Parafuso + Transportes 50L20 5,8 1 13 União carro móvel com fixo + Transporte 60L20 8,5 1 14 Aperto do fuso no conjunto + Transporte 70L20 7,0 1 15 Montagem manípulos + Transporte 80L20 8,3 1 16 Controle qualidade por câmera + Transporte 90L20 6,0 1 17 Descarga 90L20 4,5 1 Fonte: Os autores. ( 2019 ).
Para se determinar a máxima taxa de produção, primeiramente deve-se calcular a carga
de trabalho ( WL), que é definida pela equação abaixo:
Sendo: o tijk é o tempo de processamento para a operação k no plano de processo j na estação i; o fijk é a frequência de operação para a operação k na peça j na estação i ; o Pj é a fração do mix de peças para a peça j. Para cada estação, tem-se:
WL10L10= 03 , 00 s WL20L10= 05,50s
WL 4 0L20= 07 , 20 s WL 5 0L20= 05 , 80 s
