Estudantes tiveram de projetar uma linha virtual de fabricação de um produto fictício, programar o software de controle das máquinas e materializar a peça numa estação real

 

 

Carlos Valente

 

A Competição de Automação, um evento que fecha o 6º semestre do curso de Engenharia Mecatrônica, é o resultado final de um projeto integrado envolvendo três disciplinas desse semestre: Projeto de Automação, Automação Industrial e Máquinas Elétricas e Acionamentos.

Nessa fase do curso, conhecida como semestres dos grandes projetos (5ª ao 7º semestre), há uma disciplina chamada Projeto, que propõe um desafio dentro da temática acadêmica a ser desenvolvida (neste caso, automação). As outras disciplinas que compartilham o mesmo semestre se “abastecem” das questões trazidas pelo desafio e desenvolvem as competências técnicas essenciais para a solução dos problemas que aparecem. Além disso, são inseridos temas correlatos, que buscam integrar outras áreas do Insper e fomentar discussões interdisciplinares. Assim, no semestre de automação, por exemplo, são também trazidos temas de gestão de operações, viabilidade de projetos e finanças.

Explorando o recurso de gamificação, o desafio proposto pelo projeto sempre traz um problema real da temática em questão, levando o aluno a vivenciar a prática da Engenharia, e não apenas estudar os problemas isolados. Assim, busca-se simular a dinâmica de um setor típico de Engenharia, com seus jargões, princípios, métricas de desempenho, conflitos e pressões.

O projeto é realizado em grupo e a avaliação final também acontece integrada com as demais disciplinas do semestre. Assim, a avaliação das competências técnicas é majoritariamente realizada pelas disciplinas parceiras, enquanto a aplicação desse “resultado” para a solução do problema proposto é avaliada no projeto. Adicionalmente ao desempenho do grupo, que deve atingir os requisitos essenciais para o projeto ou serviço proposto, cada aluno é avaliado quanto ao seu desempenho individual. Nesse ponto, são considerados aspectos de ética, presença, proposição, proação, colaboração e mediação, agregação, listados aqui num grau crescente de envolvimento com o projeto e de liderança.

 

Principais conceitos trabalhados 

No 6º semestre, os alunos são desafiados a conceber, modelar, montar, programar, comissionar virtualmente e validar uma linha de produção e montagem de um produto temático, sendo a linha mesclada por partes virtuais e partes reais. Cada grupo de alunos recebe um desafio a ser cumprido ao longo da disciplina e parte inicialmente de uma área ou galpão vazio. Neste semestre, o desafio foi a fabricação e montagem de carcaças de redutores, compostas por duas peças principais: uma tampa e uma base. A partir desse desafio, o grupo tem que planejar, simular, “comprar” os componentes e montar virtualmente a fábrica a partir de uma lista de equipamentos disponíveis.

 

Nesse processo de criação, os grupo passam por gates de avaliação dos projetos, nos quais cada concepção de fábrica é discutida e aprovada. Um dos resultados desse processo pode ser visto na ilustração a seguir.

 

A partir desse momento, os alunos iniciam uma fase de programação das estações de trabalho utilizando controladores industriais reais de fábrica: os CPLs (Controladores Lógicos Programáveis). Torna-se necessário programar toda a lógica de movimentação, manipulação, montagem, envaze e embalagem das peças. Vale ressaltar que, nas bancadas, os alunos sempre utilizam equipamentos industriais, os mesmos que serão utilizados na vida real.

Um aspecto importante do projeto é que uma das estações da linha de produção é real, fisicamente montada na bancado do laboratório. Desta forma, num dado ponto da linha virtual, o produto se materializa em cima da bancada. O objetivo dessa bancada física é desenvolver as competências práticas de montagem elétrica, configuração e montagem da rede de comunicação, depuração de erros de conexão (os famosos maus contatos), configuração dos parâmetros de operação do hardware, definição de layout, projeto e montagem pneumática, ajuste dos parâmetros de controle etc.

 

A peça resultante do teste volta a ser virtualizada na linha, seguindo seu processo normal na linha de produção caso o teste tenha sido aprovado, ou vai para uma área de segregação no caso de teste reprovado.

Por fim, além de toda a computação e programação das operações da fábrica envolvida até aqui (sim, a computação está em todo o processo e faz parte do dia a dia do engenheiro de automação), o projeto envolve a programação das camadas de software que exercem funções de visualização da produção, armazenamento de tratamento dos dados de fábrica, extração de informações a partir dos dados reais, geração de relatórios e gestão da execução da produção. Essas funções são implementadas tanto no servidor local do laboratório (simulando o sistema de TI da fábrica) quanto em dashboards avançados rodando em nuvem (tendência dos sistemas corporativos atuais).

 

O grupo vencedor

Depois de todo o trabalho descrito acima, chegou-se ao dia final do semestre com a Competição de Automação. Com um espírito mais de motivação e realização e menos de disputa, os grupos rodaram suas linhas de produção por um período de uma hora, tempo utilizado num primeiro momento para validar todo o trabalho dos grupos e, consequentemente, aprová-los na disciplina. Para isso, cada projeto foi submetido às mesmas exigências de um processo real de automação: TODOS os itens de segurança (NR12) devem ser cumpridos e um nível MÍNIMO de produtividade deve ser atingido.

Uma vez aprovado, entra o segundo objetivo do dia: ganharia o desafio aquele grupo que atingisse o melhor índice de desempenho. Para essa métrica, foi utilizado o mesmo indicador padrão hoje nas fábricas para medir a eficácia de máquinas e processo: o OEE (Overall Equipment Effectiveness).

Esta 4ª edição da Competição contou com a participação de cinco grupos e TODOS atingiram resultados excelentes, com valores de OEE acima de 75%. Esse resultado indica que todas as linhas de produção operaram durante o período de teste com poucas quebras, apresentaram um ritmo de produção muito próximo do valor meta e ainda produziram majoritariamente peças em conformidade.

O melhor resultado foi atingido pelo grupo composto pelos alunos Jonas Lopes, Leonardo Cesari Costa e Luiz Felipe Domingues Valente, que se sagraram campeões da 4ª edição da Competição de Automação do Insper.

O desempenho atingido por eles foi:

• Número de paradas máquina = 0 (Índice de disponibilidade = 100%)
• Número de peças produzidas = 108 (Meta = 120 peças/hora; Índice de desempenho = 90,0%)
• Número de peças não-conformes = 1 (Índice de qualidade = 99,1%)
• OEE = 89.2%

Parabéns ao Leo, Phelps e Jonas por atingirem o maior OEE e vencerem o desafio. Mas, fundamentalmente, parabéns a TODOS os alunos pelo excelente resultado global da turma. Foi um semestre todo realizado de forma presencial, segura, intensa, trabalhosa, de muito aprendizado, mas também de muita diversão. Creio que conseguimos aplicar em sua essência a proposta do Insper de “ensinar engenharia praticando engenharia”.

Por fim, é importante ressaltar que a condução deste projeto é um trabalho conjunto de toda a equipe de automação do Insper: Carlos Valente, Fábio Ferraz, Francisco Lourenço, Leonardo Tavares, Lie Grala, Renato Andrada e Silvio Szafir.

 

Mais detalhes da competição podem ser vistos em:

4ª Competição de Automação INSPER 2021-2 (vídeo completo): https://youtu.be/1RVWfxBUTng

4ª Competição de Automação INSPER 2021-2 (vídeo resumido): https://youtu.be/eJH8RDxKsks