2 CENTRO UNIVERSITÁRIO LUTERANO DE MANAUS – CEULM CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO I JERRY LUCIO CASTRO DE ARAÚJO PROJETO DE PESQUISA DESENVOLVIMENTO DE UMA MÁQUINA AUTOMÁTICA PARA SOLDAR COLUNA DE DIREÇÃO DE MOTO MANAUS-AM JUN/2016
53
Embed
PROJETO DE PESQUISA DESENVOLVIMENTO DE UMA … · Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais (SARKIS, 2008). Para conhecimento da coluna de direção vamos utilizar o manual
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
2
CENTRO UNIVERSITÁRIO LUTERANO DE MANAUS – CEULM
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO I
JERRY LUCIO CASTRO DE ARAÚJO
PROJETO DE PESQUISA
DESENVOLVIMENTO DE UMA MÁQUINA AUTOMÁTICA PARA SOLDAR COLUNA
DE DIREÇÃO DE MOTO
MANAUS-AM
JUN/2016
3
JERRY LUCIO CASTRO DE ARAÚJO
DESENVOLVIMENTO DE UMA MÁQUINA AUTOMÁTICA PARA SOLDAR COLUNA
DE DIREÇÃO DE MOTO
Orientador: João Claudio
MANAUS-AM
JUN/2016
Projeto de pesquisa apresentado
ao Centro Universitário Luterano
de Manaus – CEULM, como
requisito para elaboração da
monografia de conclusão do
Curso de Engenharia Mecânica.
4
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 PROCESSO DE SOLDAGEM GMAW
2.2 PRINCIPAIS CONCEITO NA AUTOMAÇÃO DE SOLDA
2.3 GERENCIAMENTO DE PROJETO
2.4 COLUNA DE DIREÇÃO
2.5 AUTOMAÇÃO DE PROCESSOS (SENSORES E COMPONENTES)
3 ESTUDO DE CASO
3.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
3.1.1 Condições de ocorrência
3.1.2 Esclarecimento das causas
3.1.2.2 Análise do processo produtivo
3.1.2.3 Análise de movimentação mecanismo de fixação
3.2 DESENVOLVIMENTO DO EQUIPAMENTO
3.2.1 Mecanismo de fixação da peça
3.2.2 Mecanismo de fixação da tocha
3.2.3. Interface do retificador de solda com a cabine de proteção
3.2.3.1Sistema de controle e automação
3.3 IMPLEMENTAÇÃO DO PROJETO
3.3.1 Construção do equipamento
3.3.2 Teste Equipamento
3.3.3 aprovação do equipamento
3.3.4 Resultados
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
5
1 INTRODUÇÃO
Este projeto de pesquisa apresenta uma proposta de estudo de caso que desenvolver-se-á
dentro de uma multinacional japonesa no segmento de duas rodas com planta no Pólo Industrial
de Manaus. A problemática abordará mais especificamente o projeto de fabricação de coluna de
direção obtidas por processo de soldagem GMAW (MIG/MAG). O ciclo repetitivo manual
durante a realização de uma solda o soldador fica exposto a radiação emitida pelo arco, à gases
tóxicos provenientes de reações químicas no arco, e aos salpicos de gotas de metal fundido a
altas temperaturas. Além de estar em um ambiente altamente insalubre, o soldador ainda realiza
muitas tarefas: como ajustar parâmetro e variáveis de soldagem, controlar a qualidade do cordão
de solda, guiar a pistola, etc. Este tipo de trabalho faz com que o soldador fique fadigado
rapidamente e isto é uma das principais causas da baixa produtividade e rejeição, em
procedimentos com solda manual. Assim, para diminuir a interferência humana na realização das
soldas, há cada vez mais tendência à automatização dos processos de soldagem. Este fato faz
com que o operário não fique tão exposto aos efeitos nocivos à saúde e também faz com que se
aumente a quantidade de material depositado por hora e consequentemente a produtividade.
Em relação à melhoria para soldagem manual há muitas soluções possíveis e prováveis.
Contudo, a engenharia moderna busca soluções mais simples, eficientes e viáveis relacionando
os custos aos benefícios. Através dessas premissas, o autor deste projeto propôs-se estudar a
viabilidade de implementar melhoria simples, eficiente e de baixo custo, a fim de solucionar o
problema.
Essa proposta desenvolve uma técnica simples, eficiente e de baixo custo para projeto e
confecção de equipamento de soldagem automatizado utilizando os recursos disponíveis, e
podendo ser aplicada em qualquer peça similar desde que seja feita uma análise prévia.
Por questões de segurança de informação o nome da empresa e algumas outras
informações que possam comprometer a imagem da marca permanecerão em sigilo. Contudo, a
divulgação da técnica de forma metodológica, alinhada a motivação acadêmica de produzir
pesquisa são os valores fundamentais deste projeto.
6
2 REFERENCIAL TEÓRICO
No desenvolvimento da revisão bibliográfica, esta pesquisa abordará temas como:
processo de soldagem GMAW (comumente conhecido como MIG/MAG), projetos de
equipamentos de soldagem automatizados e conhecimento da peça à ser soldada, coluna de
direção.
Para processos de soldagem GMAW são fundamentos teóricos obras como: Tecnologia
da soldagem (MARQUES, 1991); Tecnologia da soldagem a Arco Voltaico (QUITES, 1979);
Engenharia de Soldagem e Aplicações (OKUMURA, 1982); Elementos de Soldagem
(DRAPINSKI, 1978); Soldagem (WAINER, 1979); e Modern Welding Technology (CARY,
1979).
Para projetos de equipamentos de soldagem automatizados são fundamentos teóricos
obras como: Aplicação de um equipamento na mecanização da soldagem em superfícies de
tanques (BILLY; DUTRA; BROERING; 2005); Automação de sistema e robótica (TATINI;
ZIEDAS; 2002); Welding process technology (HOULDCROFT; 1979); Sensores industriais:
fundamentos e aplicações (URBANO; THOMAZINI; ALBUQUERQUE; 2010); Processos de
soldagem: Conceitos, equipamentos e normas de segurança (DOS SANTOS; 2008).
Para mecânica técnica e resistência dos materiais são fundamentos teóricos a obra
Mecânica Técnica e Resistência dos Materiais (SARKIS, 2008).
Para conhecimento da coluna de direção vamos utilizar o manual do fabricante Showa do
Brasil
2.1 PROCESSO DE SOLDAGEM GMAW
A soldagem GMAW ou MIG/MAG realiza a união de materiais metálicos pelo seu
aquecimento e fusão localizados através de um arco elétrico estabelecido entre um eletrodo
metálico não revestido e maciço na forma de fio e a peça A proteção do arco e da região da poça
é feita por um gás, ou mistura de gases, inerte ou capaz de reagir com o material sendo soldado
(MARQUES, 1991).
7
O modo de transferência influência fortemente características operacionais do processo
GMAW como a sua estabilidade, o nível de respingos, o formato do cordão e sua regularidade e
a capacidade de fundir o metal de base. Como a forma de transferência obtida no processo
GMAW depende dos parâmetros de soldagem e é muito sensível ao seu ajuste, à seleção
adequada destes é fundamental para uma soldagem adequada com este processo. As principais
variáveis que determinam o modo de transferência são a corrente de soldagem, o comprimento
do arco, a composição do gás de proteção e a composição, a bitola e o comprimento do eletrodo.
Existem, além dessas, diversos outros fatores que podem afetar o modo de transferência de metal
de adição. Em particular, a presença de contaminações tanto no metal de base como no eletrodo
ou no gás de proteção pode perturbar fortemente a transferência (QUITES, 1979).
A transferência por curto-circuito é típica da soldagem com um pequeno comprimento de
arco (menores valores de tensão de soldagem). Nesta, o eletrodo toca periodicamente (entre
cerca de 20 a 200 vezes por segundo) a peça, ocorrendo um curto-circuito. Durante este, a
corrente de soldagem se eleva rapidamente causando um aquecimento forte do eletrodo por
efeito Joule, a sua fusão e a transferência de metal para a poça de fusão com a ruptura de uma
parte do eletrodo e a reabertura do arco elétrico. Esta forma de operação é muito usada
industrialmente para a soldagem de aços carbono com arames de menor bitola (0,6 a 1,2 mm),
com proteção de CO2 e correntes relativamente baixas, para a soldagem de juntas de pequena
espessura e, frequentemente, fora da posição plana (OKUMURA, 1982). A transferência por
curto-circuito é relativamente instável, com a geração de uma elevada quantidade de respingos,
particularmente ao final de cada curto-circuito. Existe, contudo, em geral, uma condição de
menor instabilidade que ocorre quando a frequência de transferência (ou de curtos-circuitos) é
máxima. Esta condição pode ser obtida, com base no ruído emitido pelo processo, variando, em
geral, a tensão de soldagem. Um outro fator importante para a estabilidade do processo na
transferência por curto-circuito é a taxa de crescimento (A/s) da corrente durante um curto-
circuito. Se a corrente se eleva de uma forma excessivamente rápida, o rompimento do arame ao
final de um curto tende a ser explosivo e forma uma elevada quantidade de respingos. Se a
corrente aumentar muito lentamente, o rompimento do arame pode não ocorrer e o processo de
soldagem se interrompe. Em geral, este fator é ajustado, em máquinas para a soldagem GMAW,
através de um controle denominado “indutância” (CARY, 1979).
2.2 PRINCIPAIS CONCEITOS NA AUTOMAÇÃO DE SOLDA
2.2.0 Sequências de soldagem e Classificação de Processos
8
Na maioria dos métodos de soldagem a sequência seguinte precisa de ser seguida para
alcançar a fabricação de uma junta de solda, assumindo para isso as operações preliminares
como limpeza, preparação de extremidade e fixação de mata-juntas (GUERRA, 2008).
1. Ajunte as partes por pontos de solda nas extremidades ou empregando gabaritos e
fixadores.
2. Colocar as peças montadas perto da tocha de solda e vice verse
3. Inicie, para soldagem à arco, golpeando o eletrodo na peça, e para soldagem à
resistência, trazendo o eletrodo em contato com a peça, dando início à passagem de
corrente.
4. Crie movimento relativo entre a tocha e a peça, para que o trabalho atinja a
velocidade desejada.
5. Regule as variáveis de soldagem como a tensão, a corrente, a taxa de alimentação do
arame, etc. para controlar o comprimento do arco no caso de soldagem a arco, e a
profundidade do metal fundido e da poça em soldagem de eletro-escória.
6. Pare a soldagem simplesmente parando o movimento relativo entre a peça e a ponta
da tocha. Se a poça de solda é para ser alimentada, então a deposição do metal
deverá ser feita antes que a corrente seja desligada automaticamente.
7. Mova a ponta de solda para a posição que ela vai ser usada na próxima soldagem
8. Retire a peça que foi completada. Esta operação pode ser feita antes ou depois de se
reposicionar a ponta de solda, e as duas operações podem
2.2.1. Soldagem Manual
Implica que todas as oito operações de soldagem devem ser realizadas manualmente.
Porém, nota-se que a fase 4, isto é, 'o movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho',
pode incluir alguma ajuda mecânica como um manipulador que move a peça de trabalho de
acordo com velocidade desejada para soldar. Um manipulador, chamado de motor de gravidade é
mostrado na Fig. 7.2.1, no qual o soldador posiciona o peso para cima e enquanto ele desce,
controla a velocidade da mesa, segurando a extremidade e deixando deslizar entre seus dedos na
velocidade desejada, o que possibilita a produção de soldas mais lisa e contínuas circulares em
posição downhand (GUERRA, 2008).
9
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
Fig. 1 Motor de Gravidade
2.2.2. Soldagem Semi-automática
Neste sistema a fase 5, isto é, 'o controle das variáveis de soldagem' como velocidade de
alimentação do arame em MIG-MAG (GMAW) ou a duração de corrente em soldagem por
resistência, é automática, mas o processo em si depende da habilidade humana. A fase 4, isto é,
'o movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho', normalmente é manual mas podem ser
empregados meios mecânicos como correia de transporte ou manipulado. Assim, o processo
MIG-MAG (GMAW) pode ser usado junto com o motor de gravidade, para melhorar a qualidade
e produtividade da soldagem.
As várias operações nas fases 3 e 6, isto é, ' o inicialização e a finalização da soldagem',
podem ser automaticamente realizados com a ajuda de um botão de liga/desliga.
10
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
A solda Semi-automática é normalmente usada com GMAW e FCAW, mas é possível
que seja realizada com SAW, GTAW, e ESW, mas raramente usada.
2.2.3. Soldagem Automática
É um sistema no qual pelo menos a fase 5, isto é, 'o controle de variáveis de soldagem',
e a fase 4, i.e. „o movimento relativo entre a tocha e a peça de trabalho' são automáticas.
Normalmente um único interruptor aciona os dispositivos de sequência da opera, os controles de
energia e os consumíveis, como arame e gás. Pode-se também incorporar um dispositivo de
alimentação automática. A figura 21.2 mostra um diagrama de um típico sistema automático de
soldagem (GUERRA, 2008).
Em um sistema de soldagem automático, as fases 1,2,7 e 8 são executadas manualmente.
Pela efeitos de lógica, a soldagem por gravidade é classificada como um método portátil de
soldagem automática.
Fig. 2 Diagrama de um Sistema de Soldagem
Automática
11
Os processos SAW e ESW representam sistemas de soldagem automática. Também pode
ser usado, com certa restrição os processos tais como TIG (GTAW), MIG-MAG (GMAW),
arame tubular (FCAW) e o plasma.
2.2.4. Soldagem Automatizada
Um sistema de soldagem automatizada executa todas as oito fases, desde da montagem
e transporte das peças para a posição de soldagem, sem ajuste e controle de um operador. A
soldagem pode ser executada em uma ou mais fases, e o término do produto final é completada
mecanicamente, sem intervenção manual. Um aspecto importante da soldagem automatizada é
que não há a necessidade de o operador monitorar continuamente a operação. Comparando à
soldagem automática, este tende a aumentar a produtividade, melhorar a qualidade e reduzir a
fadiga do operador. A fig.3 Mostra um diagrama esquemático para um sistema de soldagem
automatizado, que emprega minicomputador, multi-programador, e uma unidade guia de
trajetória “seam tracking”. Os sistemas de soldagem automatizados são normalmente utilizados
em SAW, MIG-MAG (GMAW) e FCAW. Pode-se utilizar, com restrição, o TIG (GTAW),
PAW e ESW em processos automatizados (GUERRA 2008).
Fig.3 Diagrama esquemático para um sistema de Soldagem Automatizado
12
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
2.2.5 Controles Adaptativos
Com o aumento do uso de sistemas de soldagem automáticos e automatizados, é
fundamental que se mantenha a tocha da solda ao longo da junta, para que se alcance a qualidade
e especificações desejadas. Isto é normalmente obtido empregando dispositivos chamados
controles adaptáveis (GUERRA).
O uso de controles adaptáveis em soldagem atingiu duas metas, a de controle de
qualidade e a da trajetória „seam tracking‟.
Existem diversos tipos de equipamentos para controle da trajetória „seam tracking‟,
como um simples equipamento puramente mecânico como mostrado na figura 4.a, este
equipamento utiliza rodas que andam fisicamente em cima da junta onde será efetuada a solda,
desta forma guiando a ponta da tocha. Este sistema trabalha muito bem em caminhos verticais e
horizontais, mas não é tão efetivo em caminhos curvos, como é mostrado na Fig. 4.b
.
Fig.4 a Apalpador Mecânico
13
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
Outros sistemas de guia do cordão de solda incluem dispositivos eletromecânicos que
utilizam sensores eletrônicos. Porém, eles são limitados quando se necessita guiar múltiplos
passos de solda ou solda de entalhes quadrados. Estes também são afetados pelo calor gerado
pela solda. Alguns outros sistemas, como os usados com o processo GTAW, são baseados na
sensibilidade do arco usando o controle da tensão para manter o caminho. Versões mais
sofisticadas de sistemas de guia empregam um mecanismo oscilatório para sentir e interpretar as
variações de vibrações características do, localizando assim a junta a ser soldada. Tal sistema
pode não ser desejável para um processo particular de soldagem, e pode ser limitado na
velocidade pelas exigências de vibração.
Sem dúvida o mais sofisticado sistema de guiagem é o do tipo ótico, que utilizam
câmeras de vídeo CCD, como mostrado na Figura 4c, ou outros dispositivos que adquirem duas
ou três imagens dimensionais da junta. Estas imagens são tratadas em um sistema de computador
para fazer com que a soldagem siga o caminho com elevada precisão.
O sistema de localização óptica que utiliza um canhão de laser é o mais recente método
para alcançar uma alta precisão do posicionamento do cordão. Como sempre, cantos agudos e o
efeito do calor e da fumaça ainda criam problemas que não são resolvidos completamente.
Os controles adaptáveis, quando usados em processos de controle de qualidade em
soldagem por resistência, permitem que o processo continue até que se forme uma acumulação
de material de tamanho adequado.
Fig. 4B Deslocamento de soldagem guiado por seguidor mecânico circular
14
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
Quando são usadas palavras como 'guia de cordão de solda' ou 'controles adaptáveis' em
alguma forma de controle adaptável, estes são acessórios do processo principal, por exemplo,
'soldagem automatizada com sistema de guia de cordão ou soldagem por resistência por pontos
com controle de qualidade (GUERRA).
2.2.6 Soldagem Automática Vs. Soldagem Automatizada
A soldagem automática também pode envolver dispositivos de movimentação com
sequências pré-determinadas de mudança dos parâmetros de soldagem e o uso de interruptores
de fim de curso e cronômetros para adaptar ao cordão de solda (GUERRA).
A soldagem automática foi desenvolvida e está sendo usada com um alto nível de
eficiência nas indústrias de elevado volume de produção, onde o custo do equipamento é
justificado pelo grande número de peças a serem fabricadas. A soldagem automática reduz as
exigências de força de trabalho, constantemente produz cordões de alta qualidade, mantém o
programa de produção e reduz o custo das peças soldadas. Porém, a principal desvantagem é o
alto custo inicial da máquina de solda. Outra desvantagem é a necessidade de se manter o
equipamento de soldagem automática ocupando o tempo todo. Uma desvantagem adicional, que
ocorre quando usados para um baixo volume de produção, é a necessidade de se dispor de
numerosas instalações dedicadas para as várias partes e o fato de que nenhuma delas é
continuamente usada.
Fig. 4c, Sistema “Seam tracking” usando câmara de vídeo
15
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
Fig. 5 Robô retilíneo com movimentos lineares e rotacionais
A soldagem automatizada elimina as caras e elaboradas instalações, times automáticos e
os interruptores de fim de curso necessários para controlar o arco com a peça de trabalho. Um
programa de soldagem automatizada substitui complexos dispositivos rígidos e fixos de
sequenciamento. A soldagem automatizada fornece a mesma economia de tempo e a precisão
que a soldagem automática, contudo pode ser aplicada na produção de pequenos lotes, até
mesmo para a produção de um único lote. Além disso, a soldagem automatizada tem capacidade
para fazer rápidas mudanças. Pode acomodar as mudanças em um produto sem a necessidade de
redesenhar e refazer as caras instalações. Estes são as vantagens econômicas básicas da
soldagem automatizada.
.
A soldagem automatizada utiliza-se de programa, que quando ligado a um sistema de
movimentação para um arco de solda, invés dos sistemas de fixação. O dispositivo de
movimentação do arco pode ser capaz de movimentar-se em três direções: longitudinal (x),
transversal (y), e vertical (z). Também podem ser incorporados outros movimentos como rotação
e curvilíneo, mostrado na figura 7.2.6 Podem ser obtidas posições de soldagem adicionais, se a
estação de trabalho for montada em uma mesa posicionadora que girará e inclinará ao comando
do programa. São mostradas duas mesa posicionadora na figura 7.2.6a O programa comandará o
movimento da tocha em todas essas direções, de acordo com o alcance do equipamento. O
programa também pode possuir ajustes para os parâmetros do procedimento de soldagem. O
programa é armazenado em um sistema de fita de controle numérico ou em um minicomputador.
Esta é uma automação com flexibilidade, e reduzirá a necessidade de peças para fixação e
gabaritos. Também permitirá o soldagem de peças complexas, com produção pequenos de lotes
(GUERRA 2008).
16
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
Fig. 6 Mesa e balança posicionadoras, (a) Mesa posicionadora com engrenagem motora, (b)
Balança posicionadora
Com o uso de um robô e uma boa mesa posicionadora de trabalho móvel, programas
podem ser desenvolvidos para cada peça a ser soldada. O robô com um dispositivo de
movimentação de trabalho sendo localizado na estação de trabalho, onde são posicionadas as
várias peças para serem soldadas, como é mostrado na figura 6a, Um programa é desenvolvido
para cada peça e é usado para soldar aquela peça específica. O tempo de montagem é mínimo, a
máquina é mantida sempre ocupada, e pode fazer um tipo diferente de trabalho a cada dia. A
figura 6b, mostra um microprocessador universal, encontrado no sistema para controle de um
arco em sistemas de soldagem automatizados.
2.2.7. Soldagem Remota
Soldagem remota e soldagem automatizada têm muito em comum. Em ambos os casos a
soldagem é feita sem a presença de um operador de soldagem. No caso da soldagem automática,
o operador pode estar só a alguns metros longe da operação de soldagem, mantendo os efeitos
nocivos da solda a poucos metros. Isto ocorre com o um sistema monitorado, e não são
requeridos ajustes durante as operações. Em muitos casos a operação de soldagem é executada
atrás das cortinas, de forma que o operador não possa nem mesmo ver as operações ou não sendo
afetado por isso.
A soldagem remota é muito semelhante à soldagem automatizada, onde o operador de
solda não está no local de soldagem, podendo estar a uma grande distância. Porém, a diferença é
que a soldagem automatizada normalmente é projetada para fazer o mesmo cordão de solda, um
após o outro. Já a soldagem à distância normalmente envolve operações de manutenção onde
cada solda pode ser diferente da anterior. Onde a mesma solda é executada repetidamente, a
17
Fig. 7, Esquema de montagem de robô industrial com solda MIG
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
Fig. 8, Sistema usando Microprocessador Básico Universal
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
soldagem remota fica semelhante à soldagem automatizada. A soldagem remota costuma ser
usada mais amplamente em usinas nucleares. Em geral, é executada em locais onde os seres
humanos não podem estar presentes, seja por causa de uma atmosfera hostil, ou onde existe um
alto nível de radioatividade (GUERRA 2008).
Alguns dos mais comuns trabalhos para a solda remota é o confinamento de materiais
radioativos, em tambores. O confinamento de combustível também é feito na indústria nuclear
através de soldagem à distância, como mostrado na figura 7.
Soldagem remota costuma ser aplicada em fabricas que trabalham com produtos
químicos radiativos, onde materiais muito corrosivos costumam ser manuseados. E em reatores
nucleares, onde as condições costumam exigir, a melhor qualidade de solda. Vedar fuga em tubo
18
de trocadores de calor em plantas de energia nuclear é uma outra aplicação de soldagem remota
usando uma unidade de TIG automatizada.
2.3 GERENCIAMENTO DE PROJETO
2.3.1 Conceito
Gerenciamento de projeto é um conjunto de atividades temporárias, realizadas em grupo,
destinadas a produzir um produto, serviço ou resultado únicos.
Um projeto é temporário no sentido de que tem um início e fim definidos no tempo, e, por isso,
um escopo e recursos definidos.
E um projeto é único no sentido de que não se trata de uma operação de rotina, mas um
conjunto específico de operações destinadas a atingir um objetivo em particular. Assim, uma
equipe de projeto inclui pessoas que geralmente não trabalham juntas – algumas vezes vindas de
diferentes organizações e de múltiplas geografias.
O desenvolvimento de um software para um processo empresarial aperfeiçoado, a
construção de um prédio ou de uma ponte, o esforço de socorro depois de um desastre natural, a
expansão das vendas em um novo mercado geográfico – todos são projetos.
E todos devem ser gerenciados de forma especializada para apresentarem os resultados,
aprendizado e integração necessários para as organizações dentro do prazo e do orçamento
previstos.
O Gerenciamento de Projetos, portanto, é a aplicação de conhecimentos, habilidades e
técnicas para a execução de projetos de forma efetiva e eficaz. Trata-se de uma competência
estratégica para organizações, permitindo com que elas unam os resultados dos projetos com os
objetivos do negócio – e, assim, melhor competir em seus mercados. Ele sempre foi praticado
informalmente, mas começou a emergir como uma profissão distinta nos meados do século XX.
A “Bíblia” do gerenciamento de projetos, o Project Management Body of Knowledge
(PMBOK), é um guia elaborado pela instituição mais renomada do mundo na área, o Project
Management Institute (PMI). Nesse manual, a palavra projeto está definida da seguinte forma:
“Projeto é um esforço temporário empreendido para criar um produto, serviço ou resultado único
e exclusivo”.
Um projeto difere de uma operação por ser temporário, ou seja, possui começo, meio e
fim (diferentemente da operação, que é contínua). Assim, um projeto pode ser a construção de
uma casa, o desenvolvimento de um software, a criação de um móvel sob medida, a implantação
19
de uma nova linha de produção na fábrica, a escrita de um livro, a realização de uma viagem e
por aí vai.
Resumidamente, as características do projeto são:
Tem prazo definido de começo e fim, ou seja, é temporário;
Deve ser planejado, executado e controlado;
Entrega produtos, serviços ou resultados exclusivos;
É desenvolvido por etapas e tem evolução progressiva;
Envolve uma equipe de profissionais;
Tem recursos limitados
2.3.2 Os grupos de processos do gerenciamento de projetos
Início
Planejamento
Execução
Monitoramento e Controle
Encerramento
2.3.2.1 Inicio
Nessa primeira fase, deve-se tomar ciência de todas as informações essenciais, ou seja.
Equipe e gestor devem conhecer as restrições de qualidade, de tempo e de custo que afetam a
realização do projeto. Lembrando que durante a iniciação é importante não só saber como
registrar essas premissas e limitações. A preocupação deve recair, sobretudo, no entendimento
macro, com o gestor buscando conhecer as influências que interferem de um modo geral no
sucesso do projeto. Um bom exemplo de documento que se usa nessa fase é o termo de abertura.
2.3.2.2 Planejamento
Antes de se partir para o planejamento, deve haver consentimento da organização sobre
os esforços que serão empregados para a realização do projeto, concordando que gerarão bons
resultados. Dada a autorização, inicia-se o planejamento. Por isso, nessa fase há um nível de
detalhamento muito maior, ao contrário da visão geral que satisfaz a iniciação. O objetivo aqui é
estruturar um plano consistente que leve o projeto ao sucesso. Os documentos que contemplam
20
essa fase são a Estrutura Analítica de Projeto (EAP), o cronograma do projeto, o plano de
gerenciamento de riscos, outro de comunicações, mais um de qualidade e assim por diante.
2.3.2.3 Execução
Durante a fase de execução, a atenção passa a estar voltada para o exercício do que foi
planejado. O intuito é, portanto, realizar as atividades da melhor forma possível, de acordo com o
que foi estimado no plano. É comum que nessa fase ocorram mudanças, como solicitações de
alteração no escopo (tanto do ponto de vista do cliente como da organização que realiza o
projeto), mas se foi feito um bom planejamento não há com o que se preocupar. Guarde o
seguinte: a palavra-chave da execução é qualidade! Por isso, o gerente de projetos precisar se
atentar não só para seguir os processos mas para melhorar continuamente, atendendo aos padrões
acordados.
2.3.2.4 Monitoramento e controle
O monitoramento e o controle ocorrem paralelamente à execução, constituindo na
forma de garantir que o que está sendo feito é compatível com o planejado. Nesse momento
ocorre a validação dos avanços. Assim, dependendo do progresso de determinada atividade, um
desvio qualquer pode requerer uma intervenção, por exemplo. Mas apesar de ocorrerem
concomitantemente com a execução, o monitoramento e o controle partem da premissa que
indicadores já foram determinados e que metas foram devidamente estabelecidas na fase de
planejamento. Ou seja, essa etapa lida apenas com a aferição do desempenho e do progresso em
contraste com o plano.
2.3.2.5 Encerramento
Engana-se quem pensa que o fato de o projeto estar concluído resulta na eliminação de
esforços de gerenciamento. Muito pelo contrário, na finalização surgem etapas que devem ser
realizadas com o objetivo de oficializar a conclusão do projeto e agregar informações relevantes
para empreendimentos futuros. Dentre as atividades que encerram um projeto, podemos destacar
a assinatura do termo de aceite (documento que permite o encerramento do projeto, isentando a
empresa de responsabilidade futuras) e o registro das lições aprendidas (que nada mais é que a
documentação das experiências relevantes que contribuirão para futuros projetos similares).
O conhecimento em gerenciamento de projetos é composto de dez áreas:
Gerenciamento da Integração
21
Gerenciamento de Escopo
Gerenciamento de Custos
Gerenciamento de Qualidade
Gerenciamento das Aquisições
Gerenciamento de Recursos Humanos
Gerenciamento das Comunicações
Gerenciamento de Risco
Gerenciamento de Tempo
Gerenciamento das Partes Interessadas
É claro que todos os gerenciamentos dizem respeito a isso. Mas o gerenciamento de
projetos traz um foco único delineado pelos objetivos, recursos e a programação de cada projeto.
O valor desse foco é comprovado pelo rápido crescimento em todo mundo do gerenciamento de
projetos:
Não é à toa que cada vez mais empresas estão investindo em gerenciamento de projetos,
seja ministrando treinamentos aos colaboradores, incentivando sua participação em eventos
sobre o tema, patrocinando especializações na área ou mesmo contratando consultorias
especializadas no assunto.
2.5 AUTOMAÇÃO DE PROCESSO (sensores e componentes)
Automação é um sistema que emprega processos automáticos que comandam e controlam
os mecanismos para seu próprio funcionamento. Do latim automatus que significa mover-se por
si. A automação é um sistema que faz uso de técnicas computadorizadas ou mecânicas com o
objetivo de dinamizar e otimizar todos os processos produtivos dos mais diversos setores da
economia.
A ideia de automação está diretamente ligada à ideia das máquinas, que agilizam as
tarefas quase sempre sem a interferência humana. Porém, existe um tipo de automação que se
refere ao trabalho humano que é realizado em muitas indústrias, de forma contínua e repetitiva,
quase “robotizada”.
A automação mecanizada é aquela que faz uso de sensores, sistemas de computação
(software) e sistemas mecânicos, na linha de montagem e produção das indústrias, monitorada e
controlada pelo ser humano.
22
A automação industrial teve seu ponto de partida após 1950 com o desenvolvimento da
eletrônica. Esta permitiu o aparecimento da informática e a automação das indústrias, com a
utilização de modernas técnicas de produção, com destaque para a robotização, isto é, o uso de
robôs controlados por computadores que realizam o trabalho de seres humanos, substituindo-os
na produção de bens econômicos ou mercadorias. A automação exerce grande importância para a
modernização dos processos industriais.
O termo informática, fusão de informação e automática, foi utilizado pela primeira vez,
na França, em 1962, quando Philippe Dreyfus, diretor do Centre National de Calcul Életronique
de Bull usou para designar seu projeto de Société d‟Informatique Appliquée. O consenso hoje é
que informática se refere a qualquer processo de automação, por meio de sistemas
computacionais, no tratamento da informação.
Podemos também conceituar a automação como sendo a junção das ferramentas
necessárias para produzir um determinado item, do processo para o manuseio deste item e do
controle para tal, fazendo com que haja pouca ou nenhuma intervenção de trabalho humano.
Exemplos que incluem-se nesta definição são:
Um processo em fluxo contínuo de produção que integra vários mecanismos para
produzir um item.
Máquinas auto reguláveis (com controle em feedback) que apresentam alta
performance e precisão em processos produtivos.
Máquinas eletrônicas computadorizadas.
Observa-se habitualmente, que o termo automação industrial é utilizado em referência a
qualquer tipo de mecanização avançada ou sinônimo de evolução tecnológica, mais
especificamente, relacionado com o mundo cibernético. Isto deve-se ao fato de que a automação
é uma disciplina que busca sempre os últimos avanços tecnológicos e está em constante
evolução.
Geralmente, os sistemas de controle que compõem um equipamento automatizado são
compostos por um grupo de dispositivos eletrônicos e componentes cujo objetivo é proporcionar
estabilidade, precisão e eliminar transições prejudiciais em processos produtivos. Estes sistemas
podem ter diferentes formas de implementação, variando desde as fontes de energia até os
equipamentos em si.
Um equipamento muito utilizado na automação é o CLP (controlador lógico
programável) que nada mais é do que um processador, agregado a memórias, entradas e saídas
digitais e analógicas com capacidade de processamento e comunicação com outros dispositivos.
23
O CLP é responsável por processar todas as informações coletadas em campo e realizar o
controle do processo.
Como resultado de um rápido progresso tecnológico, habilidades operacionais complexas
podem ser solucionadas conectando-se CLPs e instrumentos como painéis de operação, motores,
sensores, chaves e válvulas. Verifica-se em um contexto geral, que as possibilidades de
comunicação em torno dos instrumentos são tão grandes que permitem um alto nível de
exploração e coordenação de processo, bem como alta flexibilidade na implementação de um
sistema de controle.
Cada componente do sistema de automação desempenha um importante papel,
independentemente do seu tamanho. Por exemplo, sem um sinal enviado pelo sensor, o CLP não
saberá onde e como exatamente estará o processo, e sem um atuador, o CLP não poderá
comandar ou atuar de forma eficaz corrigindo os desvios.
Como mencionado, em processos automatizados, o CLP geralmente é a parte central de
um sistema de controle e é através da execução de um programa armazenado em sua memória,
que ele monitora continuamente o status de sistemas através de sinais enviados por dispositivos
de entrada. Como ele se baseia na lógica implementada em seus programas (conhecida como
linguagem ladder), o CLP determina quais são as ações necessárias a serem tomadas para cada
entrada de sinal oriunda dos dispositivos de entrada (que por sua vez estão monitorando o
processo continuamente).
Quando é desejado o controle de processos mais complexos, torna-se necessária a
conexão de vários CLPs, cada qual atuante em determinado subsistema. Estes dispositivos
podem comunicar entre si devido ao fato de estarem interligados a uma central computadorizada,
onde todas as informações necessárias para um monitoramento e controle eficiente podem ser
compartilhadas. Para visualizar todas as informações do sistema de automação, podem ser
utilizados sistemas supervisórios, em geral, desenvolvidos utilizando o conceito SCADA
(supervisory control and data acquisition). Historicamente, os primeiros sistemas “SCADA”
faziam suas aquisições através de painéis de medidores, sinalizadores e registradores. O operador
realizava todo o controle através de manoplas localizadas em púlpitos de operação exercitando
um controle supervisório. Estes dispositivos foram e ainda são utilizados para fazer controle
supervisório e aquisição de informações em plantas e indústrias, porém encontram-se em desuso
por apresentar desvantagem como grande quantidade de cabos elétricos para interligação, pouca
quantidade de informações que podem ser extraídas destes sistemas e não há a possibilidade de
24
Fonte: Manual controladores citisystems
armazenamento de histórico de informações sem falar que a realização de simulações e
reconfigurações tornam-se extremamente difíceis ou impossíveis.
Atualmente, um sistema supervisório SCADA consiste de um software que se comunica
com CLPs ou unidades terminais remotas (RTUs) responsáveis por coletar as informações de
campo oriundas de sensores e transdutores, transferindo estas para o sistema que as ordena e faz
o tratamento para serem exibidas em telas de forma a proporcionar a visualização dos dados aos
operadores. As ações de controle são então realizadas pelos operadores e convertidas de volta ao
processo, passando pelo CLP e atingindo os dispositivos de campo. A Figura abaixo mostra um
esquemático simples exemplificando o um sistema de automação.
2.5.1 Sensores e atuadores
2.5.1.1 Sensores
São dispositivos que recebem e respondem estímulos elétricos ou mecânicos. Possuem
um amplo campo de atuação como indústria, segurança e laboratórios. Existem milhares de
sensores, a seguir, uma listagem sobre os principais e aplicações de alguns tipos deles.
Sensores mecânicos ou chaves de fim de curso
São chaves elétricas cujo acionamento se dá de forma mecânica através de alavanca,
rolete ou outro mecanismo. O posicionamento é feito nas extremidades do curso do atuador,
assim, sempre que o atuador atingir a posição desejada é gerado um sinal elétrico para ativar um
sinal de alarme ou para o atuador.
Sensores de proximidade
Fig.09 Esquemático simples de um sistema de automação
25
São dispositivos utilizados na detecção de peças, componentes, elementos de maquinas
etc., ex: detecção de papel nas fotocopiadoras, contagem de garrafas que passam por uma esteira.
Sensores óticos ou fotoelétricos
São sensores capazes de detectar a presença de um acionador através da emissão de luz.
O funcionamento dos sensores baseia-se na transmissão (por meio de um fotodiodo) e recepção
(por meio de um foto-transistor) de luz infravermelha a qual é invisível ao olho humano, ex:
alarmes de carros, alarmes de segurança.
Sensores de nível
É um sensor eletromecânico, muito utilizado em processos de armazenagem ou transporte
de materiais sólidos ou granulados, principalmente em indústrias de plásticos, minérios,
alimentícias, químicas etc., ex: saber se um tanque está cheio, vazio ou na metade.
Sensores magnéticos ou Reed Switchs
O funcionamento é baseado na atração de dois contatos metálicos quando o sensor é
submetido a um campo magnético. Assim, quando o sensor é submetido ao campo magnético os
contatos se tocam permitindo a passagem de corrente elétrica, ex: contactora e atuadores.
Sensores de temperatura
Cobrem uma faixa de temperatura bastante extensa de temperatura que vai de valores
negativos a positivos, ex: termopares, termômetros.
26
Fonte: Manual sensores citisystems
2.5.1.2 Atuador
É um dispositivo com a função de produzir movimento, recebe comandos manuais ou
automáticos, modificam o ambiente com ações. Alguns exemplos são atuadores de movimento
induzidos por cilindros (pneumáticos ou hidráulicos) e motores (dispositivos rotativos com
acionamento de vários tipos).
Também são atuadores dispositivos como pás, cancelas, roletes, membranas, boias ou
qualquer elemento que realize um comando recebido de outro dispositivo (sensores,
computadores, CLP‟s) com base em uma entrada ou critério a ser seguido.
Em Engenharia, atuadores são frequentemente utilizados como mecanismos para
introduzir movimento ou segurar um objeto para impedir o movimento.
Os atuadores são componentes que realizam a conversão da energia elétrica, hidráulica,
pneumática em energia mecânica. A potência mecânica gerada pelos atuadores é enviada aos
elos através dos sistemas de transmissão para que os mesmos se movimentem.
É possível classificar os atuadores de acordo com o tipo de energia que utiliza. A escolha
do tipo de atuador mais indicado está relacionada com a esta classificação.
Fig.10 Função e exemplos de sensores
27
Atuadores Hidráulicos: utilizam um fluido à pressão para movimentar o braço, garras
e acessórios. São utilizados em robô e equipamentos que operam grandes cargas,
onde é necessária grande potência e velocidade, mas oferecem baixa precisão.
Atuadores Pneumáticos: utilizam um ar à pressão para movimentar o braço garras e
acessórios. São mais baratos que os hidráulicos, sendo usados em robôs e
equipamentos de pequeno porte. Oferecem baixa precisão, ficando limitados a
operações do tipo pega-e-coloca (do inglês, pick and place).
Atuadores Eletromagnéticos: motores elétricos (de passo, servos, Corrente Continua
ou Corrente Alternada) ou músculos artificiais, usados em robôs de pequeno e médio
porte.
Os motores de corrente contínua (CC) são compactos e geralmente o valor de torque
mantém-se numa faixa constante para grandes variações de velocidade, porém necessitam de
sensores de posição angular (encoder) ou de velocidade (tacômetro) para controle de posição ou
velocidade em malha fechada (servocontrole).
Uma alternativa mais simples consiste em usar motores de passo. Os mesmo podem
funcionar em controle de malha aberta (posição e velocidade), e são facilmente interligados a
unidades de comando de baixo custo, porém a curva de torque decresce com o aumento da
velocidade e, em baixas velocidades, podem gerar vibrações mecânicas. São mais empregados na
movimentação de garras (FELIZARDO; BRACARENSE, 2005).
3. ESTUDO DE CASO
A pesquisa se desenvolverá através do método de campo (no chão de fábrica) em
indústria do PIM (Pólo Industrial de Manaus), no segmento de duas rodas.
Será realizado um estudo de caso qualitativo com método de abordagem
predominantemente dedutivo, onde procurar-se-á através de evidências (testes e ensaios)
confirmar ou comprovar a hipótese mencionada para o problema estabelecido. A pesquisa se
desenvolverá através do método de campo (no chão de fábrica) em indústria do PIM (Pólo
Industrial de Manaus), no segmento de duas rodas.
A empresa escolhida foi a Showa do Brasil constituída em 16 de novembro de 1981
contando atualmente com aproximadamente 700 colaboradores diretos e indiretos. Numa área de
71.320m2, sendo 24.362m2 de área construída.
A empresa é certificada pelas normas ISO 9001:2000, ISO 14001:2004, fabricando amortecedor
dianteiro, traseiro e traseiro a gás, mesa superior, coluna de direção, travessa do garfo traseiro
28
para motocicletas seus principais clientes são Honda e Yamaha. Dispõem de tecnologia para
testa todos os seus produtos, tais como máquina de damping, autográfico, máquina de fricção,
máquina de teste de vibração, dentre outra, todas voltadas para testa a funcionalidades de seus
produtos.
Os produtos fabricados na Showa do Brasil são:
Amortecedor Dianteiro
Amortecedor Traseiro
Amortecedor Traseiro à Gás
Coluna de Direção
Mesa Superior
Travessa do garfo Traseiro
Fig. 11 Localização Showa do Brasil
Fonte: Showa do Brasil
Fig. 12 Produtos fabricados na Showa do Brasil
Fonte: Própria do autor
29
Fonte: Manual de Automação de Soldagem
COLUNA DE DIREÇÃO
Coluna de direção é o tubo da parte de cima do chassi da motocicleta, onde se prende o
conjunto do garfo dianteiro da suspensão. Sua principal função é permitir ao condutor da
motocicleta, girar o guidão para a esquerda ou para a direita, permitindo o controle direcional e
facilitando seu equilíbrio quando a motocicleta estiver em movimento. A figura abaixo ilustra
uma coluna de direção em corte, montada na motocicleta e respectivos componentes
(NAKAJIMA 2002).
Constituição
A coluna de direção das motocicletas é constituída pelos seguintes elementos.
Suporte de Fixação do Guidão
São as braçadeiras estriadas que prendem o guidão na mesa superior, permitindo
posicioná-lo de conformidade com as exigências do condutor.
Guidão
É uma barra de ferro cromada de forma geométrica variada, que serve de apoio às mãos
do condutor e direciona a motocicleta. Em suas extremidades se encontram os punhos e
comandos do freio dianteiro, acelerador, embreagem, sistema elétrico e espelhos retrovisores.
Mesa Superior
Fig.13 Desenho explodido de Coluna de Direção de Moto
30
Serve de apoio para o guidão e as colunas do garfo da suspensão dianteira. É fixada ao
eixo da coluna por uma porca situada em sua parte central.
Suporte de Farol
É um tubo metálico que além de servir como suporte para o farol, apoia, também, as
sinaleiras e serve de capa protetora do garfo da suspensão dianteira.
Mesa Inferior
Sua função é idêntica à da mesa superior, no entanto, é fundida junto com a árvore da
coluna de direção.
Conjunto de Rolamentos
É do tipo “pista deslizante”, composto por esferas metálicas, pistas deslizantes e arruelas
de encosto. Sua função é facilitar o movimento da coluna quando direcionada pelo condutor.
Porcas Cilíndricas
Ajustam a pré-carga dos rolamentos de acordo com a recomendação de seus fabricantes.
3.1 DEFINIÇÃO DO PROBLEMA
Este estudo de caso trata um problema específico de deslocamento do contorno do cordão
de solda, em uma estrutura tubular, em um ponto de união da coluna e a mesa inferior. Onde a
mesa inferior é prensada no tubo com interferência de 0,015mm para garantir que não aconteça
desvio no perpendicularismo entre a mesa e o eixo.
A coluna de direção de moto é formado pela união de duas peças a mesa e o eixo, e a
união dessas duas peças são fixada pelo cordão de solda. Onde o cordão de solda tem que ficar
centralizado na união das duas peças para realizar o perfeito caldeamento do eixo na mesa. O
cordão de solda deslocado na coluna de direção causa problemas gravíssimos na dirigibilidade de
uma moto pois reduz a resistência e fragiliza a coluna de direção na união do eixo da coluna e a
mesa de fixação dos amortecedores, onde pode gerar fratura e o deslocamento do eixo em
relação a mesa, gerando instabilidade e por consequência a queda do motorista. Portanto é um
processo de segurança vital para a vida do motociclista.
Fig.14 Desenho esquemático da solda na coluna de direção
Moto
31
3.1.1 Condições de ocorrência
Através de análise de rejeição mensal do ano de 2015 foi levantado os principais defeitos
gerados na empresa, onde os defeitos relacionado a solda ficaram entre os top 6 do índice.
Em 1° lugar é o cordão de solda deslocado com uma média mês de 669 peças.
Em 2° lugar porosidade no cordão de solda com uma média mês de 338 peças.
Em 3° cordão de solda incompleto com uma média mês de 161 peças.
Em 4° cordão de solda com diâmetro menor com média mês de 102 peças.
Em 5° cordão de solda com diâmetro maior com média mês de 89 peças.
Em 6° cordão de solda alto com média mês de 85 peças.
3.1.2 Esclarecimento das causas
Cordão de solda deslocado é quando a solda se desloca pra fora da área de união
da mesa com o eixo, caldeando somente a mesa tornando a coluna de direção
sucetivo a fratura no decorrer da sua vida útil podendo até causar um acidente.