PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO PARA UM PROCESSO DE MONTAGEM DE … · Em uma indústria do setor automotivo, uma das etapas de montagem de um componente é realizada pela colocação de

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

ENGENHARIA MECÂNICA

ANDRÉ VAINER BERTEQUINE

PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO PARA UM PROCESSO DE MONTAGEM DE UM COMPONENTE AUTOMOTIVO

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

PONTA GROSSA

2020

ANDRÉ VAINER BERTEQUINE

PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO PARA UM PROCESSO DE MONTAGEM DE UM COMPONENTE AUTOMOTIVO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em engenharia mecânica, do Departamento de Engenharia Mecânica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Orientador: Prof. Dr. Gilberto Zammar

PONTA GROSSA

2020

Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Câmpus Ponta Grossa Diretoria de Graduação e Educação Profissional

Departamento Acadêmico de Mecânica Bacharelado em Engenharia Mecânica

– O Termo de Aprovação assinado encontra-se na Coordenação do Curso –

TERMO DE APROVAÇÃO

PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO PARA UM PROCESSO DE MONTAGEM DE UM

COMPONENTE AUTOMOTIVO

por

ANDRÉ VAINER BERTEQUINE Este Trabalho de Conclusão de Curso foi apresentado em 25 de agosto de 2020 como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.

Prof. Dr.Gilberto Zammar Orientador

Prof. Me.Péricles Secco Cancian Membro Titular

Prof. Me.José Roberto Okida Membro Titular

Prof.Dr. Marcos Eduardo Soares Prof. Dr. Marcelo Vasconcelos de Carvalho

Responsável pelos TCC Coordenador do Curso

AGRADECIMENTOS

Durante minha jornada em busca do título de engenheiro mecânico diversas

pessoas fizeram parte do meu caminho e compartilharam comigo momentos que

geraram muito aprendizado e apoio emocional e financeiro. Portanto, esta página é

dedicada àqueles que foram fundamentais para que eu pudesse fechar com

entusiasmo mais um ciclo da minha vida.

Agradeço aos meus pais Vainer Bertequine Junior e Maria Luci Vendrame

Bertequine, que me deram apoio financeiro, condições para viver em uma cidade

diferente, apoio emocional e dedicaram tempo de suas vidas para me ajudar a me

tornar uma pessoa melhor. Assim como meus pais, agradeço também ao meu irmão

Bruno Fernando Bertequine por confiar na minha capacidade e vontade de seguir

meus objetivos. Agradeço aos meus avós Vainer Bertequine e Elza Bertequine por me

inspirarem a adquirir novas habilidades. Agradeço também a todos os familiares, tios

e primos que me incentivaram a evoluir sempre.

Agradeço ao professor Doutor Gilberto Zammar pela orientação na escrita e

desenvolvimento deste trabalho, pelo incentivo ao meu desenvolvimento profissional,

por ter disponibilizado o laboratório e os equipamentos para a realização de

experimentos e por todo apoio e inspiração dada durante os momentos em que

trabalhamos juntos. Agradeço à empresa, ao Vinícius Cecílio, à Bianca Marin pelo

tema de TCC proposto e pela oportunidade de fazer um trabalho em parceria com a

indústria, o que contribui muito com meu aprendizado.

Agradeço à Gabriela Nickel por me dar forças e me incentivar a ser uma

pessoa melhor. Agradeço também a todos os meus amigos de sala de aula, de

projetos de extensão e de estágio que acreditaram no meu potencial e estiveram

comigo em momentos de aprendizado.

Por fim agradeço à instituição de ensino superior UTFPR campus Ponta

Grossa pelo ensino e por este período de crescimento pessoal e profissional.

RESUMO

BERTEQUINE, André Vainer. Proposta de Automação para um Processo de Montagem de um Componente Automotivo. 2020. 99F. Monografia – Bacharelado

em Engenharia Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta

Grossa, 2020.

Em uma indústria do setor automotivo, uma das etapas de montagem de um

componente é realizada pela colocação de um parafuso com duas arruelas. Como a

atividade é totalmente feita por um operador, desenvolveu-se um projeto para

automatizar parcialmente este processo a fim de trazer uma maior garantia de

qualidade para o produto final, reduzindo o retrabalho. Utilizou-se então a metodologia

de Pahl & Beitz para desenvolver um desdobramento de subfunções, no qual foram

determinadas diversas combinações de soluções para projetar um equipamento. Uma

das combinações foi explorada a fundo, com a seleção de componentes que

satisfizessem cada subfunção do desdobramento, desenvolvimento de uma lógica de

funcionamento e um teste em bancada onde foi possível avaliar a movimentação do

sistema por meio de atuadores eletropneumáticos e programação de um CLP. Ao final

do projeto concluiu-se que a solução funciona, ficando a critério da empresa o

investimento para a aplicação na linha de produção, além de ser possível também a

exploração de outras possíveis combinações de solução.

Palavras chave: automação industrial, metodologia de Pahl & Beitz, CLP,

desenvolvimento de produtos, eletropneumática

ABSTRACT

BERTEQUINE, André Vainer. Automation Proposal for an Automotive Component Assembly Process. 2020. 99F. Monography – Bachelor of Mechanical Engineering,

Federal Technological University of Paraná. Ponta Grossa, 2020.

In an automotive industry, one of the steps to assemble a component is accomplished

by placing a screw with two washers. As this process is entirely done by an operator,

a project was developed to partially automate this process in order to bring greater

quality assurance to the final product, reducing the rework. The Pahl & Beitz

methodology was used to develop a subfunctional unfolding, in which various

combinations of solutions to the problem were determined to design an equipment.

One of the combinations was explored, with the selection of components that satisfied

each subfunction of the split, development of a logic of operation and a bench test

where it was possible to evaluate the movement of the system through

electropneumatic actuators and programming of a PLC. At the end of the project it was

concluded that the solution works, leaving the investment to the application in the

production line at the company's discretion, in addition to exploring other possible

solution combinations.

Keywords: industrial automation, Pahl & Beitz methodology, PLC, product

development, electropneumatic.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Conjunto a ser montado no componente automotivo. .................................. 4

Figura 2: Cilindro pneumático com haste. ................................................................... 9

Figura 3: Cilindro pneumático com bucha deslizante e sem haste. ............................. 9

Figura 4: Válvula pneumática direcional 5/3. ............................................................. 10

Figura 5: Sensor indutivo........................................................................................... 11

Figura 6: Sensor óptico por reflexão difusa. .............................................................. 12

Figura 7: Esquema de um CLP. ................................................................................ 13

Figura 8: Comparação entre um diagrama elétrico e um programa em Ladder. ....... 14

Figura 9: Conversão de energia, material e sinal por meio de uma função global. ... 16

Figura 10: Símbolos de representação das subfunções. .......................................... 17

Figura 11: Desdobramento genérico de uma função global em subfunções ............. 17

Figura 12: Parafuso, arruela de pressão e arruela lisa a serem montados no processo.

.................................................................................................................................. 20

Figura 13: Conjunto montado. ................................................................................... 21

Figura 14: Conversão de energia, material e sinal por meio de uma função global. . 22

Figura 15: Desdobramento da função global em subfunções. .................................. 23

Figura 16: Desdobramento da subfunção “Disponibilizar conjuntos de parafuso com

arruelas”. ................................................................................................................... 24

Figura 17: Desdobramento da subfunção “Organizar parafusos e arruelas”. ............ 25

Figura 18: Função Global desdobrada. ..................................................................... 27

Figura 19: Esboço da subfunção “Encaixar arruelas de pressão e lisa no parafuso”.

.................................................................................................................................. 32

Figura 20: Funcionamento do sensor de posição da arruela de pressão. ................. 33

Figura 21: Funcionamento do sensor de posição da arruela de pressão. ................. 34

Figura 22: Sequência de funcionamento da subfunção “Unir o parafuso e as duas

arruelas”. ................................................................................................................... 38

Figura 23: Esboço da solução final do problema. ...................................................... 42

Figura 24: Dimensões do parafuso consideradas no projeto. ................................... 44

Figura 25: Dimensões da arruela de pressão consideradas no projeto. ................... 45

Figura 26: Dimensões da arruela lisa consideradas no projeto. ................................ 45

Figura 27: Modelo 3D do atuador pneumático do tipo DGPL. ................................... 48

Figura 28: Movimentação do atuador DGPL. ............................................................ 49

Figura 29: Modelo 3D do atuador pneumático do tipo DSNU.................................... 50

Figura 30: Movimentação do atuador DSNU. ............................................................ 51

Figura 31: Características Eletroímã Metalmag 30/40. ............................................. 52

Figura 32: Modelo 3D do sensor FESTO® SIEN-M5-PS-K-L. .................................. 53

Figura 33: Modelo 3D do sensor FESTO® CRSMT-8-OS-K5-LED-24. ..................... 54

Figura 34: Esboço da configuração do projeto. ......................................................... 55

Figura 35: Seção do tubo utilizado na estrutura externa. .......................................... 56

Figura 36: Detalhamento da estrutura externa do projeto. ........................................ 57

Figura 37: Modelo 3D da fixação por pés HBN-20/25x2. .......................................... 58

Figura 38: Modelo 3D da fixação por pés HP-25. ...................................................... 58

Figura 39: Detalhamento da fixação dos atuadores. ................................................. 59

Figura 40: Modelo 3D da montagem dos atuadores pneumáticos. ........................... 60

Figura 41: Dispositivo de fixação do eletroímã. ......................................................... 61

Figura 42: Fixação do eletroímã por meio do dispositivo no atuador pneumático. .... 61

Figura 43: Rampa de disponibilização do parafuso e da arruela de pressão. ........... 62

Figura 44: Rampa de disponibilização da arruela lisa. .............................................. 63

Figura 45: Rampa de saída do conjunto. .................................................................. 64

Figura 46: Rampa de náilon fixada em base metálica. .............................................. 64

Figura 47: Suporte de fixação dos sensores indutivos. ............................................. 65

Figura 48: Fixação dos sensores indutivos para detecção da presença dos

componentes. ............................................................................................................ 66

Figura 49: Componente de ativação dos sensores indutivos de posição. ................. 67

Figura 50: Sensores indutivos de S1 a S4 para posicionamento do cilindro A. ........ 68

Figura 51: Modelo 3D do sensor FESTO® SMBR-8-25. ........................................... 68

Figura 52: Sensores de posição S5 e S6 fixados no cilindro B. ................................ 69

Figura 53: Modelo 3D da montagem do projeto. ....................................................... 70

Figura 54: Vista frontal do projeto com as principais dimensões de posicionamento.

.................................................................................................................................. 71

Figura 55: Vista superior do projeto com as principais dimensões de posicionamento.

.................................................................................................................................. 72

Figura 56: Vista lateral direita do projeto com as principais dimensões de

posicionamento. ........................................................................................................ 73

Figura 57: Vista lateral esquerda do projeto com as principais dimensões de

posicionamento. ........................................................................................................ 74

Figura 58: Representação dos cilindros A e B com os respectivos sensores. .......... 75

Figura 59: Sistema pneumático gerado pela sequência de operações. .................... 76

Figura 60: Representação de um relé no circuito elétrico. ........................................ 78

Figura 61: Relés acionados pelos sensores S1 a S6. ............................................... 79

Figura 62: Acionamento de memórias por meio dos relés K1 a K6. .......................... 80

Figura 63: Combinação de memórias para acionamento das bobinas Y1, Y2 e Y3. . 81

Figura 64: Circuito elétrico sequencial do sistema. ................................................... 82

Figura 65: Programa em Ladder, parte 1. ................................................................. 84




Figura 69: Atuador pneumático sem haste FESTO® DGPL-25-450-PPV-A-KF-B. ... 88

Figura 70: Atuador pneumático com haste FESTO® DSNU-20-100-PPV-A. ............ 88

Figura 71: Válvula eletropneumática FESTO® 5/3 MEH-5/3G-1/8-P-B. ................... 89

Figura 72: Válvula eletropneumática FESTO® 5/2 MEH-5/2-1/8-P. .......................... 89

Figura 73: Sensores FESTO® SIEN-M18NB-OS-K-L. .............................................. 90

Figura 74: Sensores FESTO® CRSMT-8-OS-K5-LED-24. ....................................... 90

Figura 75: CLP WEG® TPW04-332BR-A. ................................................................ 91

Figura 76: Sistema montado na bancada para testes. .............................................. 92

Figura 77: Teste de atração com eletroímã veicular. ................................................ 93

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 3

1.1 JUSTIFICATIVA ............................................................................................. 5

1.2 OBJETIVOS ................................................................................................... 5

1.2.1 Objetivo Geral .......................................................................................... 5

1.2.2 Objetivos Específicos ............................................................................... 5

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 6

2.1 LESÕES POR ESFORÇOS REPETITIVOS (LER) / DISTÚRBIOS

OSTEOMUSCULARES RELACIONADOS AO TRABALHO (DORT) ...................... 6

2.2 HABITUAÇÃO ................................................................................................ 6

2.3 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL .......................................................................... 7

2.3.1 Surgimento da Automação Industrial ....................................................... 7

2.3.2 Conceitos de Automação Industrial .......................................................... 7

2.3.3 Níveis de Automação ............................................................................... 8

2.4 ELETROPNEUMÁTICA ................................................................................. 8

3 METODOLOGIA ................................................................................................. 15

3.1 DEFINIÇÃO DA TAREFA ............................................................................. 15

3.2 PROJETO CONCEITUAL ............................................................................ 16

3.2.1 Desdobramento da Função Global ......................................................... 16

3.2.2 Desenvolvimento da Estrutura de Funcionamento ................................. 18

3.3 ANTEPROJETO ........................................................................................... 18

3.4 PROJETO DETALHADO ............................................................................. 18

4 DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS ........................................................... 19

4.1 DEFINIÇÃO DA TAREFA ............................................................................. 19

4.2 PROJETO CONCEITUAL ............................................................................ 22

4.2.1 Desdobramento da Função Global ......................................................... 22

4.2.2 Desenvolvimento da Estrutura de Funcionamento ................................. 28

4.3 ANTEPROJETO ........................................................................................... 42

4.3.1 Identificação dos Requisitos Determinantes da Configuração ............... 43

4.3.2 Identificação dos Componentes que Satisfazem as Funções

Determinantes da Configuração ......................................................................... 46

4.3.3 Seleção Detalhada dos Componentes Principais ................................... 47

4.3.3.1 Seleção do cilindro A .............................................................................. 48

4.3.3.2 Seleção do cilindro B .............................................................................. 50

4.3.3.3 Seleção do eletroímã ............................................................................. 52

4.3.3.4 Seleção dos sensores ............................................................................ 53

4.3.4 Desenvolvimento do Projeto da Forma .................................................. 54

4.4 PROJETO DETALHADO ............................................................................. 55

4.4.1 Modelagem da Estrutura Externa da Etapa de Montagem ..................... 55

4.4.2 Fixação dos Atuadores Pneumáticos ..................................................... 57

4.4.3 Fixação do Eletroímã nos Atuadores Pneumáticos ................................ 60

4.4.4 Disponibilização dos Componentes para a Montagem .......................... 62

4.4.5 Disponibilização do Conjunto Montado para o Operador ....................... 63

4.4.6 Suporte para os Sensores ...................................................................... 65

4.4.7 Montagem do Projeto ............................................................................. 69

4.5 DESENVOLVIMENTO DA LÓGICA DE FUNCIONAMENTO ...................... 74

4.5.1 Desenvolvimento do Circuito Elétrico Sequencial .................................. 77

4.5.2 Desenvolvimento da Programação em Ladder ...................................... 83

4.6 TESTES DE FUNCIONAMENTO ................................................................. 87

4.7 OUTROS RESULTADOS ............................................................................. 92

5 CONCLUSÃO ..................................................................................................... 94

3

1 INTRODUÇÃO

Atualmente existe uma crescente demanda por produtos de alta qualidade. A

exigência por parte dos clientes é grande, assim como a competição para atraí-los.

Um exemplo desse cenário é o setor automobilístico. Segundo Vanelle e Salles

(2011), as empresas deste setor convivem, principalmente a partir do início da década

de 1990, com desafios de uma competição de nível global e transformações, sendo

uma delas o processo de desintegração vertical, conhecido por terceirização ou

descentralização.

Por causa disso é comum uma alta exigência de qualidade dos produtos e

serviços de fornecedores. Segundo Scavarda e Hamacher (2001) houve uma

reestruturação da cadeia de suprimentos da indústria automobilística no Brasil, sendo

a indústria de autopeças um dos principais focos destas mudanças. Dessa forma, para

atingir os padrões exigidos pelos clientes e o tempo de entrega desejado dos produtos

é fundamental que as indústrias automotivas tenham uma boa produtividade, sendo

necessário ampliar a capacidade e modernizar as fábricas.

Paralelo a isto também é estudado como trabalhos braçais e esforços

repetitivos podem causar lesões e danos à saúde, comprometendo a qualidade de

vida de pessoas que trabalham na indústria. Segundo Corrêa (2015), o trabalho

repetitivo oferece riscos de lesões, como a Lesão por Esforço Repetitivo (LER). Outro

fator a ser considerado é que, de acordo com Kroemer (2007), o trabalho repetitivo e

prolongado que não exija grande atenção do operador pode criar um estado

denominado de habituação, que provoca a redução do estado de alerta, permitindo o

aparecimento e não-conformidades nos produtos.

Segundo Fletcher (2019), trabalhos manuais possuem alta flexibilidade,

porém baixa produtividade se comparados a sistemas totalmente automatizados.

Dessa forma quando as capacidades humanas de cognição e de resolução de

problemas são combinadas com a robustez, agilidade e precisão de máquinas e

sistemas automatizados é possível obter uma capacidade de produção de produtos

com padrões de qualidade bem definidos além de garantir boas condições de trabalho

para os operadores da indústria.

4

Em uma empresa do setor automobilístico, uma das etapas de montagem de

um componente automotivo é composta pela colocação de um conjunto composto por

uma arruela de pressão (cônica), uma arruela lisa e um parafuso para fixação de uma

peça, seguida pelo aperto do parafuso por meio de uma parafusadeira com um valor

de torque programado. O conjunto deve respeitar uma configuração na qual a arruela

de pressão esteja com a concavidade voltada para baixo e a arruela lisa esteja abaixo

desta, conforme mostra a Figura 1. Este processo é realizado manualmente em

diversos componentes de mesmo tipo por um operador.

Figura 1: Conjunto a ser montado no componente automotivo.

Fonte: Autoria própria.

Ocasionalmente, neste processo pode ocorrer o aparecimento de não-

conformidades no produto final, como a ausência ou o posicionamento incorreto de

uma das arruelas. Isto pode ser explicado pela repetição constante da operação, pois

esta não exige tomadas de decisão e elevados graus de concentração. Portanto será

proposto a automação da união do parafuso e das duas arruelas antes da montagem

do componente automotivo.

Arruela de pressão

Arruela lisa

Parafuso

5

1.1 JUSTIFICATIVA

Se o processo de montagem do parafuso e das arruelas for automatizado,

além de poupar o funcionário de possíveis problemas de saúde relacionados ao

movimento repetitivo, será possível padronizar os produtos montados, reduzindo a

ocorrência das não-conformidades e consequentemente o retrabalho, já que a

qualidade da peça é uma característica importante para o cliente.

O projeto será realizado em parceria com uma empresa do setor

automobilístico, pois desta forma é possível uma aproximação entre a universidade e

a indústria. Sendo assim este trabalho cria uma possibilidade de adquirir experiência

prática, preparando o aluno para o ambiente corporativo.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Desenvolver uma solução automatizada para garantir a qualidade na

montagem de um componente automotivo, melhorando as condições de trabalho do

operador e reduzindo o retrabalho.

1.2.2 Objetivos Específicos

• Estudar maneiras de unir automaticamente um parafuso, uma arruela de

pressão e uma arruela lisa.

• Desenvolver uma estrutura de funcionamento para o projeto.

• Selecionar os componentes adequados para a estrutura de

funcionamento desenvolvida.

• Desenvolver uma sequência lógica de operação.

• Montar um sistema em bancada para verificar a funcionalidade e

possibilidade de aplicação do projeto.

6

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 LESÕES POR ESFORÇOS REPETITIVOS (LER) / DISTÚRBIOS OSTEOMUSCULARES RELACIONADOS AO TRABALHO (DORT)

Lesões por Esforços Repetitivos (LER) / Distúrbios Osteomusculares

Relacionados ao Trabalho (DORT) se referem a doenças ou distúrbios causados por

esforços repetitivos que atingem os sistemas muscular e/ou esquelético (MAENO et

al., 2001).

Segundo Maeno et al. (2001), estes distúrbios podem estar relacionados ao

trabalho, atingindo principalmente regiões do pescoço e membros superiores.

Algumas das principais características são: fadiga, dor, formigamento e sensação de

peso.

2.2 HABITUAÇÃO

A habituação ocorre quando uma pessoa que está fazendo um trabalho

repetitivo se habitua a realizar tal atividade sem precisar de alto nível de concentração,

deixando o trabalho praticamente automático. Dessa forma muitos estímulos do

ambiente se tornam desnecessários e não são percebidos. Isso ocorre porque, como

o trabalho é repetitivo, os estímulos são poucos, o que reduz o fluxo de impulsos

sensoriais (KROEMER, 2007).

Portanto, em uma linha de produção, onde é feita a montagem de

componentes com características que podem causar a habituação, uma pequena

mudança no processo, como a falta de uma peça ou um erro de montagem, pode ser

imperceptível, fazendo com que o produto precise passar por um retrabalho ou até

mesmo chegar nas mãos de um cliente com uma não-conformidade.

7

2.3 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

2.3.1 Surgimento da Automação Industrial

A automação industrial surgiu para atender às necessidades das indústrias de

obterem mais lucros, menores custos e produção mais acelerada. Teve origem na

Inglaterra no período conhecido como Revolução Industrial, no século XVIII, com a

mecanização dos sistemas de produção, devido ao crescimento populacional que

demandava muitos produtos e mercadorias (CAPELLI, 2013).

Porém, segundo Rosário (2009), a palavra automação ganhou relevância com

as máquinas de comando numérico em 1949/50, que realizava operações

previamente programadas sem a intervenção direta de um operador, permitindo

grandes mudanças na produção industrial.

De acordo com Frohm et al. (2008) houveram muitos esforços para

desenvolver processos de produção automatizados durante o século XX. Estes

processos foram utilizados por empresas de manufatura para aumentar a eficiência e

manter a alta qualidade da produção.

O aumento da complexidade dos produtos fez com que os processos de

manufatura se tornassem mais complexos, o que por consequência aumentou os

níveis de automação (SATCHELL, 1998; FROHM et al., 2008).

2.3.2 Conceitos de Automação Industrial

A automação difere da automatização, sendo o conceito de automatização

referente à mecanização, ou realização de movimentos repetitivos, enquanto na

automação os sistemas utilizam-se de informações lidas por sensores para calcular e

realizar correções, executando a ação mais apropriada e aumentando a eficiência do

processo (ROSÁRIO, 2009).

8

2.3.3 Níveis de Automação

Segundo Frohm et al. (2008) o progresso de uma operação totalmente manual

para uma totalmente automatizada não é atingido em um único passo. Portanto

existem níveis de automação de acordo com as parcelas de participação do ser

humano e da máquina, sendo que a maioria dos processos industriais se enquadram

em um nível intermediário por possuírem tanto máquinas automáticas como seres

humanos.

Krüger, Lien e Verl (2009) explicam que um trabalho cooperativo, entre um

operador e uma máquina, pode melhorar processos complexos de montagem. O ser

humano possui capacidades de se adaptar e tomar decisões rápidas. Já a máquina

possui a força e a agilidade necessária para realizar trabalhos repetitivos e exaustivos.

Quando se combina as qualidades do ser humano e da máquina tem-se um

processo flexível, onde é possível ter uma alta produção com padrões de qualidade

elevados.

2.4 ELETROPNEUMÁTICA

Combinações de diferentes formas de energia têm sido muito utilizadas na

indústria (BONACORSO, 2013). Um exemplo é a eletropneumática, que combina a

energia elétrica com a energia pneumática.

Esta combinação ocorre por meio de elementos elétricos, como controladores,

relés, sensores, solenoides e componentes pneumáticos, como válvulas e atuadores,

chamados também de cilindros. Segundo Bonacorso (2013), a automação

eletropneumática é composta por elementos de trabalho, comando, sinal e controle.

2.4.1 Elementos de Trabalho

Os elementos de trabalho são compostos por atuadores pneumáticos e,

segundo Bonacorso (2013), são responsáveis por converter energia pneumática em

energia mecânica, gerando trabalho.

9

Segundo Fialho (2012) os atuadores pneumáticos podem desempenhar

movimentos retilíneos, angulares ou rotativos dependendo da aplicação. No caso

deste trabalho serão utilizados atuadores lineares, também chamados de cilindros

pneumáticos.

Os cilindros pneumáticos funcionam pela movimentação de um êmbolo que é

empurrado pela ação de uma vazão de ar comprimido pressurizado. Neste êmbolo é

conectado uma haste ou uma bucha deslizante que se movimenta com o êmbolo. As

Figuras 2 e 3 mostram os desenhos de um cilindro pneumático com haste e sem haste,

respectivamente.

Figura 2: Cilindro pneumático com haste.

Fonte: Catálogo Eletrônico FESTO Cilindros Normalizados e Convencionais DSNU/ESNU (2006).

Figura 3: Cilindro pneumático com bucha deslizante e sem haste.

Fonte: Catálogo Eletrônico FESTO Linear Drives DGC (2018).

Os cilindros pneumáticos são componentes importantes para a automação,

pois é possível fixar ferramentas e outros dispositivos na haste e/ou na bucha

deslizante, possibilitando o desempenho de funções em uma máquina.

10

2.4.2 Elementos de Comando

Os elementos de comando são compostos por válvulas pneumáticas cuja

função é acionar os elementos de trabalho (cilindros pneumáticos). Segundo Fialho

(2012), estas válvulas permitem que haja fluxo de ar pressurizado em uma direção

para alimentar os elementos do sistema, sendo chamadas de válvulas de controle

direcional.

De acordo com Fialho (2012), as válvulas de controle direcional pneumáticas

são compostas por um carretel deslizante, permitindo o fluxo de ar em diferentes

sentidos dependendo da posição em que é colocado.

Estas válvulas são classificadas conforme o número de vias e posições que

possuem. Vias são os orifícios onde há fluxo de ar comprimido classificados como:

entrada de ar (pressão), simbolizado pelo número 1; alimentação dos atuadores

pneumáticos (utilização), simbolizados pelos números 2, 4 e 6 e escapes,

simbolizados pelos números 3, 5 e 7. Posições são os estados em que a válvula pode

permanecer sendo ou não acionadas. Cada posição é representada por um quadrado

indicando o sentido do fluxo de ar comprimido. BONACORSO (2013).

Segundo Bonacorso (2013), válvulas eletropneumáticas são acionadas

externamente por meio de solenoides e podem ter comando unidirecional (1

solenoide) ou bidirecional (2 solenoides).

A Figura 4 mostra a representação de uma válvula pneumática 5/3 de

comando bidirecional, ou seja, possui 5 vias, 3 posições e é acionada por dois

solenoides.

Figura 4: Válvula pneumática direcional 5/3.

Fonte: Catálogo Eletrônico FESTO Solenoid valves VUVG/valve terminals VTUG (2019).

11

2.4.3 Elementos de Sinal

Os elementos de sinal são compostos por sensores que fazem a leitura da

situação em que o sistema se encontra, de modo que este desempenhe uma função

dependendo da informação que receber.

Uma utilização frequente de sensores é na detecção de posição dos

elementos do sistema. De acordo com Soloman (2012), uma opção comum para este

tipo de sensoriamento é o sensor indutivo, que detecta objetos metálicos. Segundo

Thomazini (2011), este sensor funciona com a emissão de um campo eletromagnético

de alta frequência que é alterado quando um objeto metálico se aproxima, gerando

um sinal que pode ser utilizado para sinalizar sua proximidade.

A Figura 5 ilustra um sensor indutivo em funcionamento.

Figura 5: Sensor indutivo.

Fonte: Soloman (2012).

Outro tipo comum de sensor utilizado na indústria é o sensor óptico, cujo

princípio de funcionamento consiste na existência de um emissor que gera uma luz

que atinge um receptor. Com base na intensidade luminosa que atinge o receptor o

sensor faz a detecção de um objeto. (THOMAZINI, 2011).

12

Um exemplo deste tipo de sensor é o sensor óptico por reflexão difusa, que

possui o emissor e o receptor montados no mesmo dispositivo. Segundo Thomazini

(2011), o emissor cria uma região ativa cuja presença de um objeto faz a luz refletir

de forma difusa, que atinge o receptor, fazendo o sensor registrar uma leitura de sinal.

A Figura 6 mostra o funcionamento deste tipo de sensor.

Figura 6: Sensor óptico por reflexão difusa.

Fonte: Thomazini (2011).

2.4.4 Elementos de Controle

Os elementos de controle são compostos por circuitos elétricos ou por

controladores, como CLP (Controlador Lógico Programável) ou microcontroladores.

Estes elementos combinam informações fornecidas pelos elementos de sinal

(sensores) com a sequência lógica de operação (programa) para tomar decisões e

acionar os elementos de comando (relés ou válvulas).

Um circuito elétrico composto por relés e acionado por sensores pode ser

desenvolvido para energizar as válvulas eletropneumáticas que acionarão os cilindros

pneumáticos, porém, quando há uma sequência complexa de movimentos no sistema,

a utilização deles pode ser construtivamente inviável, o que faz com que a utilização

de um CLP seja considerada.

Os CLP’s utilizam uma memória programável para armazenar instruções e

executar funções específicas, como energização, temporização, sequenciamento

entre outras. (FIALHO, 2012).

13

Segundo Fialho (2012), além de ocuparem menos espaço nos sistemas

elétricos de máquinas industriais, os CLP’s são mais confiáveis que os relés por não

possuírem peças móveis e mais flexíveis quanto a alteração de uma lógica ou

transferência de uma programação para outro equipamento, pois basta alterar a

programação e/ou as ligações nas portas de entrada e saída do equipamento.

A Figura 7 mostra esquematicamente um CLP.

Figura 7: Esquema de um CLP.

Fonte: Fialho (2012).

Segundo Fialho (2012), o CLP faz a leitura de componentes ligados nas

entradas (elementos de sinal com nomenclatura E1 a E3 na Figura 7) e, com base na

leitura, utiliza-se de uma lógica programada pelo usuário para acionar os

componentes ligados nas saídas (elementos de comando com nomenclatura S1 a S3

na Figura 7), controlando assim um processo.

Diversas linguagens de programação podem ser utilizadas para programar

um CLP. Uma das linguagens mais utilizadas é a Ladder, que pode ser considerada

como uma adaptação dos diagramas elétricos sequenciais (Fialho, 2012) e, dessa

forma, é desenvolvida com símbolos que representam contatos normalmente abertos

14

(NA) e normalmente fechados (NF) nas entradas e bobinas nas saídas. Também são

utilizados contatos de selo acionados pelos elementos da saída para armazenar um

sinal. Um exemplo de circuito elétrico convertido para a programação Ladder pode ser

observado na Figura 8.

Figura 8: Comparação entre um diagrama elétrico e um programa em Ladder.

Fonte: Fialho (2012) adaptada.

Assim como no exemplo foi feita a ligação de um motor, o CLP também pode

ser utilizado para controlar componentes de um circuito eletropneumático permitindo

o acionamento de cilindros pneumáticos por meio de válvulas de acordo com a leitura

de sensores.

15

3 METODOLOGIA

O objetivo do projeto é encontrar uma solução para um problema técnico.

Dessa forma o desenvolvimento da solução baseou-se na metodologia de Pahl &

Beitz, que possui quatro etapas principais:

1. Definição da Tarefa

2. Projeto Conceitual

3. Anteprojeto

4. Projeto Detalhado

3.1 DEFINIÇÃO DA TAREFA

Segundo Pahl et al. (2005) é importante que, quando uma tarefa é recebida,

ela deve ser esclarecida de acordo com a finalidade que ela precisa satisfazer e as

características que ela deve ou não deve ter. Com a tarefa esclarecida tem-se o que

é chamado de problema técnico, no qual deseja-se fazer um projeto para encontrar

uma solução.

Um problema técnico envolve a conversão de energia, material e sinal. Estas

variáveis são as entradas e, depois de convertidas por um sistema, tornam-se as

saídas. A solução do problema técnico precisa apresentar uma relação inequívoca e

reprodutível entre as entradas e as saídas (PAHL et al., 2005). Ou seja, a solução

deve ser evidente e possível de ser reproduzida.

Portanto, nesta etapa definem-se a energia, os materiais e os sinais de

entrada e saída do projeto. As entradas são transformadas nas saídas por meio de

uma função global, como mostra a Figura 9.

18

3.2.2 Desenvolvimento da Estrutura de Funcionamento

Segundo Pahl et al. (2005), nesta etapa deve-se elaborar soluções,

considerando fenômenos físicos, características geométricas e materiais. Os métodos

para encontrá-las podem ser baseados na busca pelos princípios de funcionamento

em pesquisas bibliográficas, análises de sistemas similares ou pelo viés intuitivo.

Portanto para uma mesma subfunção podem existir diferentes tipos de soluções que

atendam aos requisitos do projeto.

Seleciona-se então a solução mais adequada para cada subfunção. Com a

união destas subfunções tem-se a solução da função global, ou seja, a solução geral.

Portanto é obtido um conceito de projeto.

3.3 ANTEPROJETO

Segundo Pahl et al. (2005), o Anteprojeto, também conhecido como projeto

preliminar, tem o objetivo de construir de maneira clara e completa a estrutura do

produto, partindo da estrutura de funcionamento ou da solução básica. Dessa forma,

obtêm-se a configuração da solução geral por meio da escolha de materiais e

componentes, processos de fabricação, definição das dimensões principais e

complementação por meio de funções auxiliares.

3.4 PROJETO DETALHADO

Segundo Pahl et al. (2005), a etapa do detalhamento consiste na definição da

forma, dimensionamento e acabamento de todos os componentes.

São desenvolvidos a lista de componentes que compõem o projeto, os

desenhos técnicos das peças a serem fabricadas e da montagem, com as dimensões

estruturais e de posicionamento dos componentes, e a documentação necessária

para a fabricação.

19

4 DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS

Utilizando o método de Pahl & Beitz, foi desenvolvida uma solução para o

problema proposto por meio das etapas Definição da Tarefa, Projeto Conceitual,

Anteprojeto e Projeto Detalhado.

4.1 DEFINIÇÃO DA TAREFA

Neste projeto a tarefa a ser realizada é: montar automaticamente um parafuso

e duas arruelas, sendo elas uma arruela lisa e uma arruela de pressão.

Em seguida é necessário estabelecer e descrever os requisitos que esta

tarefa deverá respeitar. São eles:

1. Garantir a qualidade do produto final

• O parafuso deve sair montado com as duas arruelas;

• A ordem de montagem das arruelas deve ser respeitada, com a

arruela lisa embaixo da arruela de pressão no produto final;

• A arruela de pressão deve estar com a concavidade voltada para

baixo no produto final;

2. Garantir o bom funcionamento do sistema

• O sistema deve organizar de maneira adequada os parafusos e

arruelas, de modo que eles possam ser unidos facilmente;

• A ordem e posição de colocação das arruelas deve ser respeitada;

• O sistema não pode disponibilizar quaisquer conjuntos que não

respeitem o padrão de qualidade apresentado no item 1.

3. Garantir a segurança do operador

• O sistema deve parar se o operador ultrapassar um limite de

segurança estabelecido.

20

Neste projeto tem-se como energia de entrada a eletricidade (energia elétrica)

que é convertida nos movimentos de montagem do sistema (energia mecânica).

Os materiais de entrada são os elementos que devem ser montados no

componente automotivo:

• 1 parafuso;

• 1 arruela cônica de pressão;

• 1 arruela lisa;

Estes elementos podem ser vistos na Figura 12.

Figura 12: Parafuso, arruela de pressão e arruela lisa a serem montados no processo.


Depois do processo, o conjunto montado, mostrado na Figura 13, torna-se

uma saída e pode ser retirado do sistema para que em seguida outra montagem possa

ser realizada.

Parafuso

Arruela de pressão Arruela lisa

21

Figura 13: Conjunto montado.


Os sinais de entrada são todas as informações recebidas por um controlador

que fará a tomada de decisões. São eles:

• Presença de um parafuso, uma arruela de pressão e uma arruela lisa

prontos para serem unidos;

• Posição da arruela de pressão antes da montagem;

• Barreira de segurança (faz o sistema parar se o operador ultrapassar um

limite);

Após receber estes sinais, o controlador retornará como saída os comandos

necessários para o funcionamento do sistema seguindo uma lógica.

Portanto, tendo estas entradas e saídas bem definidas é preciso definir a

função global que será a responsável por fazer esta conversão, como mostrado na

Figura 14.

Arruela de pressão

Arruela lisa

Parafuso

26

Com estes desdobramentos realizados, pode-se unir todas as subfunções em

uma estrutura que facilite um entendimento mais detalhado da função global. Portanto,

após organizar as estruturas, a função global definida até o momento é mostrada na

Figura 18.

28

Após este desdobramento é necessário buscar por princípios de

funcionamento que satisfaçam as subfunções.

4.2.2 Desenvolvimento da Estrutura de Funcionamento

Nesta etapa foram elaboradas possíveis soluções para cada subfunção do

desdobramento, considerando características físicas, geométricas e de materiais do

problema.

4.2.2.1 Determinação das possíveis soluções para as subfunções

Foram estabelecidas possíveis soluções que podem satisfazer as subfunções

determinadas anteriormente. A Tabela 1 mostra as possíveis soluções para as

subfunções primárias, de A a E, e secundárias, de F a H.

31

A seguir é explicado brevemente como funcionaria cada solução:

A. Identificar se a barreira de segurança foi acionada:

1. Sensor de presença: sensor infravermelho que detecta a

presença de um objeto por reflexão.

2. Sensor óptico: pode ser utilizado como uma barreira luminosa

que, se ultrapassada, impede a luz do emissor de chegar até o receptor,

gerando um sinal. Outra maneira é utilizá-lo como um sensor de reflexão

difusa, com o emissor e o receptor do mesmo lado, sendo acionado quando

um objeto passa pela frente, fazendo a luz do emissor ser refletida para o

receptor, gerando um sinal.

3. Porta com chave fim de curso: o sistema ficaria fechado por

proteções, sendo possível o acesso apenas por uma porta que gera um sinal

quando aberta ou fechada por meio de uma chave fim de curso.

B. Disponibilizar componentes para a montagem:

1. Esteira: cada componente é colocado em uma esteira que o

transporta até o local onde ele será utilizado no processo de montagem. Esta

solução necessita de um operador para colocar os componentes no início

esteira.

2. Transporte por gravidade: cada componente é colocado em uma

superfície inclinada e desce até o local de montagem por gravidade. Esta

solução necessita de um operador para colocar os componentes no início da

rampa.

3. Alimentador por vibração: cada componente é colocado em

grande quantidade e de forma aleatória dentro de um alimentador vibratório

que, por meio da vibração, faz os componentes se alinharem e chegarem até

o local de montagem. No caso deste projeto devem ser utilizados 3

alimentadores, um para o parafuso e os outros dois para cada tipo de arruela.

C. Identificar presença de parafuso e arruelas:

1. Sensor indutivo.

2. Sensor óptico.

3. Sensor capacitivo.

35

3. Servo motor: um servo motor é acionado de forma que seu

movimento de rotação empurra a arruela.

Após as possíveis soluções terem sido estabelecidas para cada subfunção é

necessário avaliá-las conforme a possibilidade de implementação, considerando a

complexidade, a eficiência e o custo.

4.2.2.2 Definição das soluções das subfunções

Após analisada cada subfunção, foi definido quais as soluções mais

indicadas:

A. Identificar se a barreira de segurança foi acionada: Porta com chave fim

de curso.

Foi determinado que a solução mais simples de ser aplicada é a porta com

fim de curso. O sistema pode trabalhar dentro de uma cabine fechada por uma porta

e o conjunto montado pode ser expelido por uma pequena abertura, onde o operador

pode acessar sem precisar estar em contato com o sistema em movimento. Também

deve ser considerado que o sensor de presença é impreciso, podendo fazer o sistema

desligar sem a devida intervenção do operador, já que este é utilizado na maior parte

das vezes em grandes equipamentos e ambientes e o sensor óptico (ou a barreira de

luz) deverá passar por calibração por ser mais complexa de se trabalhar.

B. Disponibilizar componentes para a montagem: Alimentador por vibração.

Com o alimentador por vibração é possível organizar os componentes,

deixando-os enfileirados e em seguida transportá-los até o local onde serão

disponibilizados para a montagem. Também é considerado uma solução eficiente a

nível industrial. Portanto esta foi a solução escolhida.

36

C. Identificar presença de parafusos e arruelas: Sensor indutivo.

Avalia-se que o sensor indutivo é o mais indicado para esta subfunção, pois

os parafusos e as arruelas são de aço, o que torna simples a utilização deste

componente.

D. Unir o parafuso e as duas arruelas: Eletroímã.

Para esta subfunção foi decidido a utilização de um eletroímã. Os

componentes são leves, portanto, é possível pegar o parafuso e na sequência as duas

arruelas sem deixá-los cair. Outro fator é que, embora as soluções de encaixe por

gravidade sejam simples, a possibilidade de o parafuso não encaixar nas arruelas ou

vice-versa é muito grande, podendo gerar retrabalho ou até não conformidades no

produto final.

Como a solução por eletroímã foi a escolhida, haverá o desdobramento desta

subfunção em novas subfunções referentes à movimentação do ímã.

Esta solução será explicada com mais detalhes na seção 4.2.2.3.

E. Disposição do conjunto montado em local indicado: Deposição do

conjunto por gravidade.

Para disponibilizar o conjunto montado para o operador foi escolhido a

deposição por gravidade por causa da simplicidade. Como o conjunto estará preso

em um eletroímã, basta desligar o fornecimento de energia para que o conjunto seja

depositado no local indicado. Também é possível construir uma rampa para que o

conjunto deslize para um local onde o operador possa manuseá-lo com segurança.

Para as subfunções secundárias foram definidas as seguintes soluções:

F. Enfileirar arruelas de pressão, arruelas lisas e parafusos: Alimentador

por vibração.

Esta solução é a mesma utilizada na subfunção primária “Disponibilizar

componentes para a montagem”.

37

G. Verificar posição da arruela de pressão: Sensor de luz

O sensor de luz torna-se a solução mais simples pelo fato de a posição da

arruela poder ser identificada sem que haja o contato físico e sem a necessidade de

se adquirir equipamentos complexos.

H. Devolver arruela de pressão para o início do processo: Aplicação de ar

comprimido em baixa pressão.

Foi verificado que a solução mais simples e eficiente neste caso é a aplicação

do ar comprimido em baixa pressão. Dessa forma pode-se facilmente fazer a arruela

cair de volta no alimentador vibratório sem necessidade de acionamento de um motor,

que pode necessitar de mais manutenção.

4.2.2.3 Desenvolvimento da subfunção “Unir o parafuso e as duas arruelas”

Foi definido anteriormente que esta subfunção será realizada com um

eletroímã. Para que seja possível esta execução deve-se elaborar uma sequência de

funcionamento na seguinte ordem:

1. Um eletroímã energizado (ligado) e posicionado em cima do

parafuso desce até este elemento e o atrai;

2. Com o parafuso atraído, o eletroímã sobe novamente;

3. O eletroímã se movimenta e posiciona-se em cima da arruela de

pressão;

4. O eletroímã desce de modo que o parafuso encaixe na arruela de

pressão e a atrai;

5. Com o parafuso e a arruela de pressão atraídos o eletroímã sobe

novamente;

6. O eletroímã se movimenta até posicionar-se em cima da arruela

lisa

7. Eletroímã desce de modo que o parafuso encaixe na arruela lisa

e a atrai;

8. Com o conjunto unido o eletroímã sobre novamente;

40

Após a análise, as soluções mais adequadas para as subfunções da etapa de

unir o parafuso e as duas arruelas foram:

A. Movimentação horizontal do eletroímã: Cilindro pneumático sem haste.

Como os componentes são leves é possível utilizar o cilindro pneumático para

fazer este transporte de maneira eficiente e rápida, pois os movimentos gerados pela

pneumática tem velocidade maior em comparação com o fuso com porca.

O cilindro não tem haste, o que significa também uma redução de espaço

necessário para a instalação deste, além de trazer uma maior facilidade de fixação de

outros componentes, como um segundo cilindro pneumático.

Esta solução também apresenta uma facilidade de montagem e de

identificação da posição, o que a torna a solução ideal a princípio. Porém, devem ser

feitos testes para comprovar se o posicionamento é preciso. Caso não seja, a solução

poderá ser alterada para o fuso de movimentação linear com um servo motor para

leitura de posicionamento.

B. Posicionamento do eletroímã em cima do elemento: Sensores indutivos.

Foi escolhido colocar sensores indutivos nas posições de paradas devido à

facilidade de aplicação desta solução. A definição de uma posição por um sinal digital

permite grande facilidade de programação de controladores, como o CLP, que possui

entradas e saídas digitais.

Esta solução deve ser testada a fim de verificar se a detecção do

posicionamento é preciso. Caso não seja, a solução poderá ser alterada para o sensor

magnético.

C. Movimento vertical do eletroímã: Cilindro pneumático com haste.

Devido aos componentes serem leves e a pneumática desenvolver

velocidades maiores do que o fuso com porca, tornando o sistema mais ágil, foi

escolhido um cilindro pneumático de dupla ação com haste, no qual pode ser fixado o

eletroímã na extremidade desta.

41

D. Identificação da subida e da descida do eletroímã: Sensor de contato

com acionamento magnético.

Como o movimento vertical será realizado por um cilindro pneumático, o

sensor magnético pode ser utilizado para identificar a posição do êmbolo, podendo

ser instalado externamente no corpo do cilindro. Portanto é a solução mais simples de

ser adotada.

4.2.2.4 Elaboração do esboço da solução final

Após a definição de cada solução é possível uni-las e esboçar a solução final

do problema da maneira como é imaginado que o sistema funcionará. A Figura 23

mostra o primeiro conceito da solução final do problema.

Foram estabelecidas as seguintes nomenclaturas para identificação dos

atuadores pneumáticos e dos sensores:

• Cilindro A: cilindro pneumático sem haste;

• Cilindro B: cilindro pneumático com haste;

• Sensores S1, S2, S3 e S4: sensores indutivos para posicionamento do

cilindro A;

• Sensores S5 e S6: sensores de contato magnético para posicionamento

do cilindro B;

• Sensores S7, S8 e S9: sensores de identificação de presença do

parafuso, da arruela de pressão e da arruela lisa respectivamente.

43

Para que seja possível realizar o anteprojeto é necessário seguir algumas

etapas de trabalho. Estas serão explicadas a seguir.

4.3.1 Identificação dos Requisitos Determinantes da Configuração

Nesta etapa determina-se os requisitos de arranjo, de dimensões, de

materiais entre outras que serão decisivas para a determinação da configuração do

projeto.

Como requisito de arranjo tem-se as características do processo de

montagem do conjunto de parafuso e arruelas:

1. O parafuso deverá ser o primeiro componente da montagem,

seguido pela arruela de pressão e a arruela lisa;

2. Os componentes deverão estar em um local de fácil acesso ao

eletroímã, como uma base onde eles fiquem na posição de montagem;

3. A base onde o parafuso estiver deverá ter uma canaleta onde a

parte roscada será encaixada;

4. A base onde o conjunto será colocado após a montagem também

deverá ter uma canaleta para o encaixe da parte roscada do parafuso;

5. Nenhum componente pode cair em local fora do especificado;

6. A posição de parada do ímã deve ser exatamente em cima do

componente que será montado;

7. O equipamento projetado será dividido em 3 etapas que devem

ser cumpridas sequencialmente: alimentação, processo de montagem e

disposição do conjunto;

8. A etapa de processo de montagem ocorrerá em uma estrutura

fechada por porta proteção de acrílico.

Como requisito de dimensões tem-se as especificações dos elementos a

serem montados e dimensões da máquina:

1. Especificações do parafuso: rosca M8, classe 8.8, sextavado,

flangeado e com rosca inteira conforme desenho da Figura 24.

44

2. Especificações da arruela de pressão: arruela cônica, diâmetro

interno 8,40 mm, diâmetro externo 16 mm e espessura 1,60 mm conforme

desenho da Figura 25.

3. Especificações da arruela lisa: arruela lisa, diâmetro interno 8,50

mm, diâmetro externo 20 mm e espessura 2 mm conforme desenho da Figura

26.

4. As bases onde os componentes estiverem antes da montagem

deverá ter largura igual ao diâmetro externo de cada componente e proteção

lateral que impeça a queda dos mesmos;

5. A base onde o conjunto montado será disposto deverá ter a

largura da arruela lisa, pois é o maior componente, e proteção lateral que

impeça a queda do mesmo;

6. As dimensões estruturais deverão ser as menores possíveis

dependendo do tamanho dos elementos pertencentes ao projeto (cilindros

pneumáticos, válvulas, sensores e estruturas de fixação).

7. A pressão da linha de ar comprimido será de 6 bar.

Figura 24: Dimensões do parafuso consideradas no projeto.

Fonte: autoria própria feita com Autodesk® Inventor® Professional 2017.

45

Figura 25: Dimensões da arruela de pressão consideradas no projeto.


Figura 26: Dimensões da arruela lisa consideradas no projeto.


46

Outros requisitos a serem considerados no projeto são:

1. Produção unitária, não sendo necessário determinar processos

produtivos para grandes quantidades do projeto;

2. O projeto deverá funcionar todo de forma automatizada, sendo

necessária a utilização de controladores e programação;

3. Serão utilizados apenas componentes com especificações

comerciais;

4. Deverá ser considerada a padronização dos componentes;

5. O projeto deverá ter fácil desmontagem e acesso aos

componentes.

4.3.2 Identificação dos Componentes que satisfazem as Funções Determinantes da Configuração

Nesta etapa relacionam-se as funções do projeto com os respectivos

componentes que as satisfazem e listam-se as características a serem procuradas em

cada um deles. A Tabela 4 mostra uma tabela que faz esta relação. Desta forma sabe-

se quais características de cada componente irão definir a configuração do projeto.

47

Tabela 4: Portadores das principais Funções do Projeto.

Função Componente Características Identificar se barreira de segurança foi acionada Porta com chave fim de curso

Tamanho de abertura Material

Enfileirar e disponibilizar componentes para montagem Alimentador por vibração

Dimensões (altura, largura, comprimento) Tensão de alimentação

Verificar posição da arruela de pressão Sensor de luz

Tipo de fixação Tipo de luz Método de leitura e envio do sinal Tensão de alimentação

Devolver arruela para o início do processo

Aplicação de ar comprimido em baixa pressão

Pressão do ar Diâmetro da mangueira Tipo de fixação da mangueira Válvula pneumática para passagem de ar

Identificar presença de componentes Sensores S7, S8 e S9 Tensão de alimentação

Diâmetro Unir o parafuso e as duas

arruelas Eletroímã Tensão de alimentação Capacidade de carga

Movimento horizontal do eletroímã Cilindro A

Comprimento Pressão de trabalho Capacidade de carga Válvula pneumática para movimentação

Posicionamento horizontal em cima do componente Sensores S1, S2, S3 e S4

Tensão de alimentação Diâmetro

Movimento vertical do eletroímã Cilindro B

Comprimento Pressão de trabalho Capacidade de carga Válvula pneumática para movimentação

Posicionamento vertical Sensores S5 e S6 Tensão de alimentação

Fonte: autoria própria.

4.3.3 Seleção Detalhada dos Componentes Principais

A partir desta etapa deve-se ter definidos quais serão os componentes

utilizados no projeto. Portanto serão analisadas as características de funcionamento

expostas na Tabela 4 e alguns catálogos de fabricantes para que sejam selecionados

itens comerciais e com dimensões e configurações adequadas.

48

Nas seções a seguir serão explicados como foram feitas as seleções de cada

componente.

4.3.3.1 Seleção do cilindro A

De acordo com os requisitos de dimensão e as características de

funcionamento do projeto, seleciona-se o cilindro pneumático DGPL-25-250-PPV-A-

B-KF que, segundo o catálogo eletrônico de atuadores da linha DGP da FESTO®,

possui diâmetro interno da bucha deslizante de 25 mm, curso de trabalho de 250 mm,

posição final ajustável, permite posicionamento magnético e possui guia linear de

esferas recirculantes.

O modelo em 3D do atuador pneumático DGPL gerado pelo software Festo

PARTdata Manager 2019 pode ser observado na Figura 27.

Fonte: FESTO® PARTdata Manager 2019.

Figura 27: Modelo 3D do atuador pneumático do tipo DGPL.

49

Para que o atuador possa avançar e recuar é necessário selecionar uma

válvula eletropneumática que direcionará o fluxo de ar comprimido.

O atuador DGPL desempenha movimentos de avanço, parada nas posições

intermediárias e recuo. Portanto seleciona-se uma válvula 5/3 (5 vias e 3 estados)

com comando bidirecional e estado 2 totalmente fechado. Os acionamentos da válvula

para as posições 1 e 3 são feitos por solenoides e o retorno para o estado 2, de ambos

os lados, é feito por mola.

Na Figura 28 pode-se observar a representação do atuador DGPL em

diferentes posições dependendo do acionamento da válvula 5/3. A Figura 28a mostra

o atuador em repouso com a válvula no estado 2 (posição central), ou seja, sem o

acionamento de qualquer solenoide. A Figura 28b mostra a válvula no estado 1 devido

ao acionamento do solenoide Y1, o que faz o atuador avançar. Por fim a Figura 28c

mostra a válvula no estado 3 devido ao acionamento do solenoide Y2, o que faz o

atuador recuar.

Figura 28: Movimentação do atuador DGPL.

Fonte: autoria própria feita com FESTO® FluidSIM®.

Para realizar estes movimentos foi selecionada a válvula VUVG-L10-P53C-T-

M5-1R8L que, segundo o catálogo eletrônico de válvulas solenoides VUVG da

FESTO®, possui como principais características 5 vias, 3 posições, posição central

50

fechada, largura de 10mm, acionamento por duplo solenoide, retorno por mola,

conexão com rosca M5 e tensão de alimentação de 24 V.

4.3.3.2 Seleção do cilindro B

De acordo com os requisitos de dimensão e as características de

funcionamento do projeto conclui-se que um cilindro pneumático DSNU-25-50-PPV-A

que, segundo o catálogo eletrônico de Cilindros Normalizados e Convencionais

DSNU/ESNU FESTO®, é um cilindro de dupla ação e possui diâmetro de haste de 25

mm, curso de 50 mm, amortecimento regulável e detecção de posição. A Figura 29

mostra um modelo 3D deste cilindro gerado pelo software Festo PARTdata Manager

2019.


Figura 29: Modelo 3D do atuador pneumático do tipo DSNU.

51

O atuador DSNU desempenha apenas movimentos de avanço e recuo.

Portanto uma válvula 5/2 (5 vias e 2 estados) com acionamento por solenoide,

comando unidirecional e retorno por mola é suficiente.

A Figura 30a mostra a válvula no estado 1 devido ao acionamento do

solenoide Y3, o que faz o atuador avançar. A Figura 30b mostra a válvula no estado

2, sendo esta a posição de repouso (quando não há acionamento do solenoide Y3) e

de retorno, o que faz o atuador permanecer recuado ou retornar caso esteja na

posição de avanço.

Figura 30: Movimentação do atuador DSNU.

Fonte: autoria própria feita com FESTO® FluidSIM®.

Para realizar estes movimentos foi selecionada a válvula VUVG-L10-M52-MT-

M5-1P3 que, segundo o catálogo eletrônico de válvulas solenoides VUVG da

FESTO®, possui como principais características 5 vias, 2 posições, largura de 10mm,

acionamento por simples solenoide, retorno por mola, conexão com rosca M5 e tensão

de alimentação de 24 V.

52

4.3.3.3 Seleção do eletroímã

Para manipular o parafuso e as duas arruelas é necessário selecionar um

eletroímã que tenha a capacidade de levantar uma carga equivalente à massa das

peças.

Pretende-se selecionar um eletroímã da marca Metalmag, que fabrica estes

componentes para diversas aplicações, sendo uma delas o transporte de carga. De

acordo com os produtos padrões deste fabricante, seleciona-se o eletroímã modelo

30/40, sendo este o menor eletroímã, com 30 mm de diâmetro, 40 mm de altura,

capacidade de carga de 10 kgf, tensão de alimentação de 24 V e fixação por furo

roscado M4, como é mostrado na Figura 31.

Figura 31: Características Eletroímã Metalmag 30/40.

Fonte: Catálogo de eletroímãs Metalmag.

53

4.3.3.4 Seleção dos sensores

O sistema deverá funcionar somente se os três componentes a serem

montados estiverem em suas devidas posições. Para identifica-los, serão utilizados

sensores indutivos (S7, S8 e S9) instalados no local de disponibilização de cada

componente.

Foi selecionado o sensor FESTO® SIEN-M5-PS-K-L, mostrado na Figura 32.

Figura 32: Modelo 3D do sensor FESTO® SIEN-M5-PS-K-L.


O mesmo sensor pode ser utilizado para fazer a detecção da posição

horizontal do cilindro A (S1, S2, S3 e S4).

Os sensores utilizados para detectar o posicionamento do cilindro B (S5 e S6)

selecionados foram sensores de contato magnético CRSMT-8-OS-K5-LED-24, como

o mostrado na Figura 33.

54

Figura 33: Modelo 3D do sensor FESTO® CRSMT-8-OS-K5-LED-24.


4.3.4 Desenvolvimento do Projeto da Forma

Para que o projeto possa ser fabricado é necessário ter desenhos detalhados

de como será a montagem e a disposição dos componentes.

Pretende-se dividir as funções do projeto em 3 etapas principais:

1. Alimentação: recebem-se os parafusos e as arruelas, estando

cada tipo de componente de forma aleatória entre si, para em seguida serem

todos enfileirados na mesma posição.

2. Montagem: unem-se o parafuso e as duas arruelas formando o

conjunto e o dispõe para o manuseio pelo operador.

3. Manuseio: o conjunto montado estará disponível para o operador,

sem que ele precise entrar em contato com o processo de montagem.

Após estas etapas serem estabelecidas pode-se desenhar um esboço de

como a configuração de cada etapa será apresentada no projeto, como mostra a

Figura 34.

56

Pretende-se fazer uma estrutura para que estes elementos sejam fixados e

possam funcionar corretamente sem a intervenção do operador. Portanto foram

selecionados tubos retangulares de aço carbono 1045 padrão ISO 12633-2, com

seção de largura 25 mm, altura 50 mm e parede 3 mm conforme a Figura 35.

Figura 35: Seção do tubo utilizado na estrutura externa.


Foram utilizados 12 tubos, sendo 4 de 750 mm, 4 de 720 mm cortados em 45°

nas extremidades e 4 de 300 mm também cortados em 45° nas extremidades. Quando

unidos por solda tem-se a estrutura vista na Figura 36.

57

Figura 36: Detalhamento da estrutura externa do projeto.


4.4.2 Fixação dos Atuadores Pneumáticos

É necessário fazer a união dos dois atuadores pneumáticos utilizados no

projeto. O cilindro B possui um sistema de fixação por pés padrão que pode ser

encontrado nos catálogos FESTO®. Portanto foi selecionado o componente FESTO®

HBN-20/25x2, mostrado na Figura 37.

58

Figura 37: Modelo 3D da fixação por pés HBN-20/25x2.


Para fazer a fixação do cilindro A em uma estrutura foi selecionada uma

fixação por pés padrão FESTO® HP-25, mostrado na Figura 38.

Figura 38: Modelo 3D da fixação por pés HP-25.


59

Para fazer a montagem do cilindro B no cilindro A foi desenvolvida uma fixação

feita com uma chapa de 1/4” de aço carbono 1045 que deverá ser parafusada no

componente deslizante do atuador sem haste. O detalhamento desta fixação pode ser

observado na Figura 39. Os furos superiores e inferiores são utilizados para parafusar

a fixação por pés do cilindro B enquanto os furos centrais são utilizados para parafusar

esta montagem no componente deslizante do cilindro A. O canal central foi feito para

alívio de peso. Os parafusos utilizados nesta montagem são todos allen M6.

Figura 39: Detalhamento da fixação dos atuadores.


60

Com esta peça desenvolvida é possível unir os dois atuadores, conforme

mostra o modelo 3D da montagem na Figura 40.

Figura 40: Modelo 3D da montagem dos atuadores pneumáticos.


4.4.3 Fixação do Eletroímã nos Atuadores Pneumáticos

Foi desenvolvido um dispositivo que pode ser utilizado para fazer a fixação do

eletroímã no sistema. As Figuras 41 e 42 mostram respectivamente o dispositivo de

fixação do eletroímã e a montagem deste no conjunto de atuadores.

61

Figura 41: Dispositivo de fixação do eletroímã.


Figura 42: Fixação do eletroímã por meio do dispositivo no atuador pneumático.


Dispositivo de fixação

Eletroímã

62

4.4.4 Disponibilização dos Componentes para a Montagem

Foi mostrado na seção 4.2.2.1 que a maneira mais simples de se disponibilizar

os componentes para a montagem é por alimentador vibratório. Após sair do

alimentador, cada componente deverá estar em local de fácil acesso do eletroímã para

realização da montagem. Dessa forma foram desenvolvidas rampas onde os

componentes podem deslizar até o local apropriado para a montagem.

As Figuras 43 e 44 mostram respectivamente uma rampa de náilon

desenvolvida para o deslizamento do parafuso, que será a mesma utilizada para a

arruela de pressão por terem o mesmo diâmetro, e uma rampa de náilon para o

deslizamento da arruela lisa.

Figura 43: Rampa de disponibilização do parafuso e da arruela de pressão.


63

Figura 44: Rampa de disponibilização da arruela lisa.


4.4.5 Disponibilização do Conjunto Montado para o Operador

Foi determinado na seção 4.2.2.1 que a maneira mais eficiente de se

disponibilizar o conjunto montado para o operador é a deposição por gravidade. Dessa

forma, foi desenvolvida uma rampa de náilon que será fixada em uma base metálica

por meio de parafusos de cabeça cônica.

As Figuras 45 e 46 mostram respectivamente a rampa de saída em náilon e a

montagem desta em uma base de aço.

64

Figura 45: Rampa de saída do conjunto.


Figura 46: Rampa de náilon fixada em base metálica.


65

A montagem apresentada na Figura 46 mostra duas rampas de náilon

montadas em uma base de aço resultando em uma única rampa de saída. No projeto,

como será visto nas seções posteriores, serão utilizadas duas montagens desta

espaçadas de 8,5 mm para o deslizamento do conjunto, o que resultará na utilização

de quatro rampas de náilon.

4.4.6 Suporte para os Sensores

Para a fixação dos sensores indutivos foi desenvolvido o suporte mostrado na

Figura 47.

Figura 47: Suporte de fixação dos sensores indutivos.


66

A Figura 48 mostra os sensores S7, S8 e S9 montados nas extremidades das

rampas de disponibilização de cada componente.

Figura 48: Fixação dos sensores indutivos para detecção da presença dos componentes.


Foi desenvolvido um componente em aço mostrado na Figura 49 para ativar

os sensores indutivos S1, S2, S3 e S4.

S7

S8

S9

67

Figura 49: Componente de ativação dos sensores indutivos de posição.


Este componente será parafusado na mesma peça de montagem dos

atuadores. Os sensores S1, S2, S3 e S4 serão fixados em uma estrutura acima do

cilindro A. Isto é mostrado na Figura 50.

68

Figura 50: Sensores indutivos de S1 a S4 para posicionamento do cilindro A.


Para fazer a fixação dos sensores S5 e S6 no cilindro B foi selecionado um

sistema padrão de fixação FESTO® SMBR-8-25, mostrado na Figura 51.

Figura 51: Modelo 3D do sensor FESTO® SMBR-8-25.


S1

Detector de posição

S2 S3 S4

69

A Figura 52 mostra a fixação dos sensores S5 e S6 no cilindro B.

Figura 52: Sensores de posição S5 e S6 fixados no cilindro B.


4.4.7 Montagem do Projeto

Após determinadas todas as soluções e os componentes que farão parte do

projeto é necessário coloca-los na estrutura de forma que haja o funcionamento

adequado.

Foram desenvolvidas estruturas com tubos e barras para a fixação dos

atuadores, rampas e sensores de modo que todos os componentes fiquem em seus

devidos posicionamentos permitindo a execução de todas as funções.

A Figura 53 mostra a montagem final do projeto após as montagens de todos

os componentes.

S6

S5

70

Figura 53: Modelo 3D da montagem do projeto.


Nas Figuras 54, 55, 56 e 57 é possível observar as vistas frontal, superior,

lateral direita e lateral esquerda da montagem, que mostra as principais posições dos

componentes indicadas pelas cotas.

71

Figura 54: Vista frontal do projeto com as principais dimensões de posicionamento.


72

Figura 55: Vista superior do projeto com as principais dimensões de posicionamento.


73

Figura 56: Vista lateral direita do projeto com as principais dimensões de posicionamento.


74 Figura 57: Vista lateral esquerda do projeto com as principais dimensões de posicionamento.


4.5 DESENVOLVIMENTO DA LÓGICA DE FUNCIONAMENTO

Após ter um conceito definido e os portadores das funções determinados

pode-se elaborar uma sequência lógica de operações. Primeiramente será

desenvolvida uma lógica para a movimentação horizontal e vertical do eletroímã

utilizando os cilindros A e B e os sensores de posicionamento de S1 a S6.

75

A Figura 58 mostra uma representação dos cilindros A e B com seus

respectivos sensores montados no software de simulação FluidSIM® da FESTO.

Figura 58: Representação dos cilindros A e B com os respectivos sensores.

Fonte: autoria própria feita com FluidSIM®.

A partir destes dados e considerando que os cilindro A e B estão inicialmente

em S1 e S5 respectivamente é possível elaborar a sequência de acionamento dos

cilindros com base na sequência de movimentos determinada para a subfunção “Unir

o parafuso e as duas arruelas”:

1. Cilindro B avança até S6.

2. Cilindro B retorna até S5.

3. Cilindro A avança até S2 e para.









12. Cilindro A retorna até S1 e para.

76

Considerando, como nomenclatura, o sinal “+” para os avanços e “-“ para

retorno, os acionamentos dos cilindros devem seguir a sequência de operações a

seguir:

B+ B- A+ B+ B- A+ B+ B- A+ B+ B- A-

O sistema pneumático gerado desta sequência pode ser representado na

Figura 59.

Figura 59: Sistema pneumático gerado pela sequência de operações.


Após definida a sequência de operações e montado o sistema pneumático é

necessário selecionar um controlador e desenvolver uma programação para que o

sistema funcione.

77

4.5.1 Desenvolvimento do Circuito Elétrico Sequencial

Pretende-se utilizar um Controlador Lógico Programável (CLP) para controlar

o sistema, porém a programação se torna mais simples quando há um circuito elétrico

sequencial desenvolvido.

O circuito elétrico deve fazer os acionamentos dos solenoides Y1, Y2 e Y3

com base na leitura dos sensores S1 a S6 para que os cilindros se movimentem.

Para facilitar a elaboração do programa do CLP foi utilizado um circuito lógico

pelo método da sequência máxima de sinais (passo-a-passo elétrico). O modelo

adotado para tanto foi oriundo de um rearranjo desenvolvido a partir do método

convencional. Este desenvolvimento foi feito em 2010 por Fábio Henrique Estevam o

qual será descrito a seguir.

O circuito lógico funciona por meio de relés. O sensor acionado permitirá a

energização da bobina de um relé que por sua vez fechará os contatos normalmente

abertos (NA) e abrirá os contatos normalmente fechados (NF). Estes contatos NA e

NF dos relés do circuito são combinados de forma que os solenoides das válvulas

sejam acionados em uma sequência lógica. A Figura 60 mostra a representação da

bobina do relé com um contato NA e um NF em um circuito. No exemplo quando o

relé K1 acionar, todos os contatos K1, que possuem a mesma nomenclatura, serão

acionados. Neste caso, com o acionamento de K1 o contato K1 NA fechará enquanto

o contato K1 NF abrirá.

78

Figura 60: Representação de um relé no circuito elétrico.


Para a sequência de operações desenvolvida foram utilizados relés

denominados de relés acionamento, com nomenclaturas de K1 a K6. Estes relés são

acionados diretamente pelas leituras dos sensores de S1 a S6, como mostrado na

Figura 61.

79

Figura 61: Relés acionados pelos sensores S1 a S6.


Foram utilizados também relés virtuais denominados de memórias que,

combinados, energizam os solenoides das válvulas em sequência. As memórias

possuem nomenclatura de M1 a M12 e são acionadas pelos relés K1 a K6. A Figura

62 mostra como são feitos os acionamentos. Cada memória possui um contato NA

ligado nela mesma permitindo que cada uma permaneça energizada após cada

movimento do sistema, sendo estas todas desligadas apenas no último movimento,

que acionará M12 até que o sensor S1 acione novamente K1 e faça o circuito voltar

ao início.

80

Figura 62: Acionamento de memórias por meio dos relés K1 a K6.


Cada memória é utilizada para gerar um movimento do sistema. Portanto,

cada memória será responsável por uma operação da sequência, como mostra a

Tabela 5.

Tabela 5: Relação entre operação do sistema e a memória correspondente

B+ B- A+ B+ B- A+ B+ B- A+ B+ B- A-

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 M11 M12


Com base na Tabela 5 pode-se desenvolver uma combinação de memórias

para fazer o acionamento dos solenoides Y1, Y2 e Y3, como mostra a Figura 63.

81

Figura 63: Combinação de memórias para acionamento das bobinas Y1, Y2 e Y3.


Unindo as três partes das Figuras 61, 62 e 63 tem-se um circuito elétrico

sequencial que pode ser utilizado para controlar os movimentos do sistema. O circuito

completo pode ser visto na Figura 64.

82

Figura 64: Circuito elétrico sequencial do sistema.


83 4.5.2 Desenvolvimento da Programação em Ladder

A partir do circuito elétrico sequencial do sistema é possível desenvolver uma

lógica de programação para um CLP utilizando a linguagem Ladder.

Foi utilizado um CLP WEG TPW04-332BR-A DIGITAL/RELE 16 / 16 5-264Vca

e a programação foi feita no software TPW-PCLINK da WEG.

Na programação as nomenclaturas dos sensores e das bobinas mudarão para

atender a especificação do CLP. Os sensores S1 a S6 serão convertidos em contatos

normalmente abertos denominados de X001 a X006. Os relés de acionamento K1 a

K6 serão convertidos em bobinas denominadas M101 a M106. As memórias M1 a

M12 serão convertidas em bobinas que permanecerão com a mesma nomenclatura.

Foi colocado também uma chave denominada X007 ligada a uma bobina M103 cuja

função é ligar e desligar o circuito. As chaves X101 a X103 representam os sensores

de presença dos componentes, permitindo o sistema funcionar apenas se o parafuso

e as duas arruelas estiverem nas respectivas posições prontos para serem montados.

As bobinas Y001 a Y003 representam as válvulas eletropneumáticas, assim como no

circuito sequencial. A bobina Y004 representa o eletroímã, que deverá estar ligado

durante todo o processo de montagem e desligar na etapa de depositar o conjunto

montado, ou seja, quando os sensores S4 (X004) e S6 (X006) estiverem acionado ou

quando a bobina Y002 (responsável pelo movimento de retorno para a posição inicial)

estiver ligada.

As Figuras 65, 66, 67 e 68 mostram o programa em Ladder baseado no

circuito sequencial.

84

Figura 65: Programa em Ladder, parte 1.

Fonte: autoria própria feita com TPW-PCLINK.

85



86



87



4.6 TESTES DE FUNCIONAMENTO

Para que haja uma garantia do funcionamento das soluções adotadas e da

programação desenvolvida foram realizados testes no laboratório de hidráulica e

pneumática da UTFPR Campus Ponta Grossa.

Os componentes utilizados nos testes foram os apresentados nas Figuras 69

a 75:

88

Figura 69: Atuador pneumático sem haste FESTO® DGPL-25-450-PPV-A-KF-B.


Figura 70: Atuador pneumático com haste FESTO® DSNU-20-100-PPV-A.


89

Figura 71: Válvula eletropneumática FESTO® 5/3 MEH-5/3G-1/8-P-B.


Figura 72: Válvula eletropneumática FESTO® 5/2 MEH-5/2-1/8-P.


90

Figura 73: Sensores FESTO® SIEN-M18NB-OS-K-L.


Figura 74: Sensores FESTO® CRSMT-8-OS-K5-LED-24.


91

Figura 75: CLP WEG® TPW04-332BR-A.


Após selecionados os componentes estes foram montados na bancada.

Como o objetivo é verificar a programação e os movimentos do sistema, não foram

utilizados o eletroímã nem os sensores de presença dos componentes. Dessa forma

foram retirados da programação em Ladder as chaves X101, X102 e X103 e a bobina

Y004. A montagem do sistema na bancada pode ser observada na Figura 76.

92

Figura 76: Sistema montado na bancada para testes.


Foram realizados também testes para verificar a atração dos componentes e

a funcionalidade do sensor indutivo quando o eletroímã se aproxima ligado. Para o

teste de atração, na ausência de um eletroímã industrial, foi utilizado um eletroímã

veicular 24V.

4.7 OUTROS RESULTADOS

Com o sistema montado na bancada foi verificado que a sequência

programada com o CLP foi seguida, indicando que as válvulas selecionadas e os

sensores, assim como a programação desenvolvida, estão corretos.

Com o teste de atração dos componentes verificou-se que um eletroímã

consegue atrair os 3 componentes sem deixá-los cair enquanto ligado e soltá-los

quando desligado. Este teste pode ser observado na Figura 77.

93

Figura 77: Teste de atração com eletroímã veicular.


Nesta etapa observou-se também que o sensor indutivo não sofre

interferências no sinal quando o eletroímã se aproxima ligado.

As ideias geradas por este trabalho e o projeto desenvolvido a partir delas

foram apresentados para a empresa que havia o solicitado. A partir disto a execução

do projeto depende de decisões administrativas da empresa, considerando a

viabilidade econômica e a funcionalidade dentro dos processos.

Este trabalho permitiu também a consideração de diversas combinações

diferentes de projetos, sendo apenas uma explorada profundamente. Caso a ideia

desenvolvida não seja a mais adequada no ponto de vista da empresa, outros tipos

de soluções abordadas neste trabalho podem ser estudados.

94 5 CONCLUSÃO

Este trabalho permitiu reunir diversas ideias de soluções diferentes para o

mesmo problema: montar automaticamente um parafuso, uma arruela de pressão e

uma arruela lisa. Isto possibilita o estudo de viabilidade de diversas combinações

possíveis de sistemas.

Ao reunir diversas soluções diferentes a escolha de uma delas foi feita por ser

a mais viável. Dessa forma foi possível definir a estrutura de funcionamento do projeto,

com um desdobramento em subfunções, o que permitiu a idealização do sistema

pronto ao se fazer um projeto conceitual.

Com a estrutura de funcionamento desenvolvida foi possível selecionar

componentes que satisfazem cada subfunção do projeto. Dessa forma os

componentes foram escolhidos considerando as características do sistema, o que

permitiu a realização de um anteprojeto e um projeto detalhado.

Após idealizar o funcionamento do projeto e selecionar os componentes

adequados para cada subfunção foi possível desenvolver uma sequência lógica de

funcionamento do sistema, o que permitiu fazer uma simulação no software FESTO®

FluidSIM® e escrita de um código em Ladder para programação de um CLP.

A seleção dos componentes e a programação Ladder escrita permitiu a

montagem de um sistema na bancada do laboratório de hidráulica e pneumática da

UTFPR Campus Ponta Grossa, utilizando componentes do próprio laboratório. Com o

sistema montado foi possível observar a movimentação idealizada do sistema

projetado, confirmando o funcionamento mecânico do projeto.

Após os objetivos alcançados pode-se concluir que o projeto se mostra

eficiente na teoria e que com a abordagem de diferentes soluções para cada

subfunção é possível criar um leque maior de opções para serem aplicadas, porém

seriam necessários a criação de novos anteprojetos e detalhamentos que satisfaçam

as necessidades de funcionalidade.

Como obstáculos para a execução tem-se a necessidade de adquirir os

componentes listados e da confecção de um projeto para a alimentação dos

95 componentes, que utiliza alimentadores vibratórios industriais pedidos sob

encomenda para atender às necessidades do projeto.

96 REFERÊNCIAS

Bonacorso, Nelso Gauze; Noll, Valdir. Automação Eletropneumática. 12. ed. São Paulo: Érica, 2013. Capelli, Alexandre. Automação Industrial: Controle do Movimento e Processos Contínuos. 3. ed. São Paulo: Érica, 2013. Corrêa, Vanderlei Moraes; Boletti, Rosane Rosner. Ergonomia: Fundamentos e Aplicações. 2015. Fialho, Arivelto Bustamante. Automação pneumática: Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos. 7 ed. São Paulo: Érica, 2012. Fletcher, S., Johnson, T., Adlon, T., Larreina, J., Casla, P., Parigot, L., Alfaro, P.J., del Mar Otero, M. Adaptive Automation Assembly: Identifying System Requirements for Technical Efficiency and Worker Satisfaction, Computers & Industrial Engineering. 2019 Frohm, Jörgen; Lindström, Veronica; Winroth, Mats, Stahre, Johan. Levels of automation in manufacturing. 2008. Kroemer, K. H. E. Manual da Ergonomia: Adaptando o Trabalho ao Homem. 2007. Krüger, J., Lien, T.K., Verl, A. Cooperation of human and machines in assembly lines. 2009. Maeno, Maria [et al.]. Lesões por Esforço Repetitivo (LER) / Distúrbios Osteomusculares Relacionados ao Trabalho (DORT). Série A. Normas e Manuais Técnicos, n.º 103. Brasília: Ministério da Saúde, 2001. Pahl, Gerhard [et al.]. Projeto na Engenharia: Fundamentos do desenvolvimento eficaz de produtos, métodos e aplicações. 6. ed. São Paulo: Blucher, 2005. Rosário, João Mauricio. Automação Industrial. São Paulo: Baraúna, 2009. Scavarda, Luis Felipe Roriz; Hamacher, Silvio. Evolução da Cadeia de Suprimentos da Indústria Automobilística no Brasil. 2001 Soloman, Sabrie. Sensores e Sistemas de Controle na Indústria. 2. ed. LTC: 2012. Thomazini, Daniel; Albuquerque, Pedro Urbano Braga de. Sensores Industriais: fundamentos e aplicações. 8. ed. São Paulo: Érica, 2011. Vanalle, Rosangela Maria; Salles, José Antônio Arantes. Relação Entre Montadoras e Fornecedores: Modelos Teóricos e Estudos de Caso na Indústria Automobilística Brasileira. 2011.

Documents

PROPOSTA DE AUTOMAÇÃO PARA UM PROCESSO DE MONTAGEM DE … · Em uma indústria do setor automotivo, uma das etapas de montagem de um componente é realizada pela colocação de