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Está-se adaptando às mudanças? Os processos de fabricação modular podem ajudar

Em tempos de mudança (da COVID-19 às atualizações de receitas), os fabricantes podem confiar na automação modular para fornecer etapas simples em direção à flexibilidade da produção.

Hoje em dia, os fabricantes enfrentam uma realidade nova e dura, que inclui problemas na cadeia de fornecimento, escassez de mão de obra e rigorosas precauções de segurança. Nos primeiros meses de 2020, a COVID-19, doença causada por um novo coronavírus, gerou milhões de casos no mundo inteiro, e o vírus paralisou a vida cotidiana como a conhecíamos. O lado positivo? Muitos fabricantes são inspirados e motivados a participar da luta contra a disseminação da COVID-19, produzindo itens necessários à comunidade médica e muito mais.

Por causa dessa crise, os fabricantes estão percebendo que precisam mudar a maneira como pensam, planejam e executam a produção. Você e sua equipe se perguntam como podem reduzir ou alterar a produção para se ajustarem às novas necessidades ou demandas do mercado? Se você deseja ou precisa mudar os recursos de produção de sua fábrica, os processos de fabricação modular podem fornecer maneiras rápidas, fáceis e econômicas para você ser flexível e reativo.

Nos meus quase 30 anos em automação de processo, perguntaram-me muitas vezes sobre as maneiras mais eficientes de atualizar ou modificar os sistemas de automação de processo em resposta a novas necessidades de fabricação. Essas questões são mais relevantes agora do que nunca, pois os fabricantes consideram maneiras adicionais de serem flexíveis e adaptáveis nos processos.

Se você estiver lidando com um novo produto ou matéria-prima, um distúrbio na cadeia de fornecimento, uma expansão da capacidade ou outra modificação no sistema de controle existente, pense nestas duas perguntas:

  • Como você consegue saber se o seu sistema pode ser alterado e adaptado rapidamente conforme as suas necessidades de fabricação mudam?
  • Como você minimiza o esforço necessário para fazer e testar alterações no seu sistema de automação de processo?

Normas de controle de batelada

Um dos principais recursos que determina a flexibilidade e a modularidade de um processo é se ele seguiu a norma ISA (International Society of Automation) sobre controle de batelada, a ANSI/ISA-88 (também conhecida como S88), quando foi instalado pela primeira vez. A norma S88, lançada em 1995 e atualizada em 2010, define uma terminologia e um processo para segregar os recursos físicos do uso ou da orientação de suas máquinas e equipamentos. Ela faz uma distinção entre o que você pode fazer (o que você pode medir, quais são as capacidades do equipamento, etc.) e como você fará isso (a execução processual, as etapas de processamento, etc.).

A separação dos aspectos processuais e físicos permite que os sistemas sejam modificados e adaptados a vários cenários com facilidade, desde novos equipamentos de processo e novas funções de equipamentos existentes até novas ordens de operação ou produtos novos, tudo dependendo das necessidades do sistema de processamento.

Alterações do processo de fabricação modular: cenários comuns

Modularidade não é um conceito novo em automação. Há muito tempo, uso a analogia de uma sub-rotina em BASIC para representar esse conceito. Um código escrito uma vez pode ser usado repetidamente de várias maneiras por meio da alteração das configurações usadas para executá-lo. Essa é a beleza e a força da modularidade.

Para mostrar o valor da modularidade, vamos dar uma olhada em alguns cenários de mudança simples que são comuns aos fabricantes e como essas mudanças podem ser facilitadas pela programação modular que acompanha a S88.

1. Adição de uma matéria-prima nova ao processo. Isso também pode representar uma alteração em uma matéria-prima existente. Dado um processo simples de mistura de aditivos com três matérias-primas, queremos adicionar um produto químico novo, como um virucida, ao nosso processo e alterar nossas 10 receitas existentes para adicionar essa nova matéria-prima. Qual é a maneira mais eficiente de fazer isso?

  • Solução não modular: em uma fábrica típica que não segue os princípios de programação modular, cada receita precisa ser modificada para que a funcionalidade do novo virucida seja adicionada. Como isso é feito sem o conceito de modularidade, todas as funcionalidades da matéria-prima nova devem ser replicadas em cada receita.
  • Solução modular: em uma implementação modular, a nova funcionalidade da matéria-prima é implementada como um objeto. Esse objeto representa totalmente, do ponto de vista da automação, a funcionalidade completa desse sistema de entrega de matéria-prima. Ele é escrito para os recursos do sistema. As receitas são escritas para executar ou chamar esses objetos de automação. Toda a funcionalidade é, portanto, escrita uma vez no objeto e chamada pelas receitas à medida que são executadas.

Como precisamos criar a funcionalidade apenas uma vez, em vez de em todas as receitas, é possível economizar 90% do esforço de implementação, o que é um benefício significativo em economia de tempo e custo.

2. Nova receita de produto. Imagine que você deseja adicionar uma receita nova a um sistema existente. Este exemplo demonstra os benefícios de poder combinar esses objetos funcionais em novas combinações e pedidos exclusivos com facilidade.

  • Solução não modular: a receita nova inclui todo o código para executar todas as ações necessárias -cada adição de matéria-prima, agitação, resfriamento e transferência.
  • Solução modular: a receita nova usa links ou indicadores para os objetos para adição, agitação, resfriamento e transferência da matéria-prima.

A economia na implementação de receitas depende da complexidade delas. Quanto mais complexa for a receita, maiores serão as economias possíveis. O esforço para implementar uma receita nova em uma fábrica modular, em comparação a uma fábrica não modular para uma receita simples de 10 etapas, é inferior a 20%. Nos dois exemplos, outros benefícios serão alcançados com a implementação modular, incluindo custo reduzido para gerenciar a configuração, despesas reduzidas de testes e processo de mudança acelerado.

Modularidade: uma vencedora evidente quando se trata de flexibilidade

Como você pode ver nesses exemplos, a segregação fornecida pela S88 permite a modularização da funcionalidade de controle para que a funcionalidade esteja contida em objetos pequenos reutilizáveis. Esses objetos pequenos reutilizáveis representam a funcionalidade do mundo físico, do processo. Esses objetos de funcionalidade do equipamento podem ser atualizados e modificados, adicionados ou removidos do sistema sem afetar outros objetos, reduzindo o esforço ao fazer alterações.  Afinal, quem já não ficou pulando de lá para cá e fazendo alterações em programas monolíticos, conhecidos como “código espaguete”?

Além disso, como visto no segundo exemplo, como esses objetos são separados e modulares, podem ser combinados de várias maneiras diferentes e únicas, conforme necessário para receitas ou produtos novos. Embora os conceitos e as ideias na S88 tenham sido escritos pensando em um processo de fabricação em batelada, eles podem ser aplicados a vários processos.

Você pode estar pensando: exemplos simplistas e abstratos são bons, mas como esses conceitos nos ajudam a fazer algo importante, como a luta contra a COVID-19? No momento, muitos fabricantes estão se adaptando aos desafios da cadeia de fornecimento e adotando a flexibilidade dos processos de fabricação modular. Alguns estão se esforçando para criar produtos novos que nunca foram feitos antes para ajudar nos esforços de saúde pública contra a pandemia, incluindo:

  • Ventiladores: uma empresa de assistência médica conseguiu aumentar a produção em apenas algumas semanas.
  • Testes do vírus: um grupo multinacional de saúde mudou a produção para fazer testes para COVID-19.
  • Álcool em gel: fabricantes de bebidas alcoólicas estão se adaptando rapidamente para produzir receitas com mais etanol para atender à demanda crítica.

A fabricação modular é o caminho para você?

A maneira mais simples de determinar se os seus processos e sistemas de automação são modulares é se perguntar se todas as suas receitas precisarão mudar sempre que houver uma alteração física no processo de seus equipamentos. Se você precisa modificar várias receitas para responder a uma alteração física do processo, provavelmente não tenha um sistema de estrutura modular. Alguns bons recursos em automação modular são as mais recentes normas ANSI/ISA S88 e S95, que lidam com hierarquias modulares na automação de fabricação e são práticas atuais e recomendadas de fabricação.

O que você pode fazer para avançar em direção a uma estrutura de automação mais modular? Avançar é um processo fácil de três etapas:

  1. Estabeleça metas. Documente como seria uma estratégia de fabricação flexível para sua área de produção. Identifique o que você espera alcançar e os benefícios associados.
  2. Monte um plano. Avalie seus equipamentos e fluxos de trabalho atuais e analise-os com um consultor de automação familiarizado com os conceitos da S88. Identifique como sua implementação atual auxilia seus objetivos e onde há espaço para melhorias.
  3. Aja. Priorize investimentos e implemente mudanças com base em quais projetos atingem seus objetivos.

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Bruce Kane
Bruce Kane
Global Industry Technical Consultant, Life Sciences, Rockwell Automation
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