Andon

Ando há anos a tentar vender a ideia, de que na automatização de pequenos processos industriais, é possível substituir os autómatos por pequenos microcontroladores, no meu caso o Arduino. As vantagens são suficientemente aliciantes para avançar com estes projectos :

  • Baixo custo do microcontrolador (Arduino, cerca de 40€)
  • Linguagem muito perto do C , com muitas librarias para os mais diversos fins.

O que vos mostro de seguida, é um processo industrial real, que uma equipa na qual eu participei construiu e pôs em funcionamento, com um orçamento inferior a 1000€.

O Problema

Numa linha de acabamento de peças de automóveis, há 8 cabines de rebarbagem de peças, cada uma com um operador e equipadas da mesma forma.

Pretendia-se saber a cadencia de cada operador, descontar a sucata sempre que uma peça não estivesse conforme e poder chamar o chefe da linha sempre que falte material ou sempre que haja um problema de qualidade. Estes dados deviam estar disponíveis imediatamente na intranet da empresa e num monitor de 21” visível em todo o sector.

A abordagem

A um sistema com estas características, chama-se ANDON, foi desenvolvido e aplicado pela Toyota e a melhor definição que encontrei foi “uma forma de gestão à vista das ocorrências e resultados do local de trabalho, apresentando nas formas de quadros, sinalizadores sonoros ou visuais” (http://engenhariadeproducaoindustrial.blogspot.pt/2009/07/andon-gestao-vista.html).

Por muito pequeno que nos pareçam os projetos, em empresas de grande dimensão, com preocupações para além do “trabalha ou não trabalha”, a solução definitiva tem em conta imensos detalhes e envolve muitas competências. Depois de muitas reuniões ficou, em síntese, definido o seguinte:

  • Cada cabine teria uma consola com 4 botões e um display, que serve para acompanhamento do operador.
  • O monitor principal receberia os dados de um computador perto dele e ligado à rede ethernet da fábrica.
  • O operador numa das suas operações ao rebarbar a peça deveria fazer acionar um switch que dará informação ao microcontrolador.

A Solução

Andon: layout da solução

Com vemos pela figura o layout final ficou assim :

  • Cada consola tem um Arduino ethernet, para o qual se atribuiu um ip da rede interna. Tem ainda o LCD e 4 botões.
  • Algures na rede, existe um servidor que corre um programa (desenvolvido em Visual Basic) que intercepta o que cada consola envia e atualiza uma base de dados.
  • Para reduzir os custos, foi utilizado um raspberry que acede à base de dados (MySQL) e atualiza o monitor de 10 em 10s. Esta solução obrigou-nos a aprender Python, que devo dizer é uma agradável surpresa.

O detalhe

Para os menos familiarizado com o Arduino, aconselha-se a dar uma vista de olhos em (http://www.arduino.cc/).

De acordo com o esquema em baixo, temos:

  • Cada um dos botões é ligado a uma entra digital do Arduino.
  • Como existia uma linha de 24V todas as cabines são alimentadas com esta tensão. Para alimentar o Arduino, optamos por um modulo regulador, que nos baixou a tensão para 12V.
  • No esquema existe ainda um outro regulador com um 4N33 que converte os 24V da alimentação vindos da célula fotoeléctrica, num sinal de 5V para uma porta digital do Arduino. Inicialmente tinha sido previsto uma célula indutiva para detectar o movimento de uma das operações de modo a fazer a contagem. A experiência mostrou-nos que seria preferível, acionar um switch. De qualquer forma, optou-se por deixar a célula.
  • A comunicação com o LCD faz-se a partir de um PCF8574, que é um expansor de portas entradas/saídas de 8bits por interface de comunicação I2C. Evitou-se desta forma, ocupar as poucas portas que o Arduino Uno disponibiliza.

Andon: esquema

Como se entendeu que este processo pudesse evoluir, deixaram-se 2 saídas disponíveis para qualquer necessidade posterior.

Depois do protótipo

O primeiro protótipo foi feito de um modo muito artesanal e cedo se percebeu que embora o microcontrolador seja um elemento de baixo custo, toda a sua envolvente teria de estar de acordo com as normas exigidas pela empresa.

  • Os botões têm de respeitara a norma IP55 em termos de estanqueidade, segurança e fiabilidade.
  • Devia ser feito um PCB à medida para substituir todos os fios.
  • Deveria haver um quadro elétrico devidamente protegido.
  • Todos os detetores serão de acordo com as normas da empresa.

Além de tudo isto há uma série de outras competências, que escapam por vezes a alguém que apenas pensa na solução do ponto de vista do protótipo. Desde o serralheiro que deve adaptar os vários componentes à estrutura existente, à preocupação constante com o operador de modo a que os módulos adicionais não impeçam o bom funcionamento, passando pelo aspectos do acabamento e do treino da equipa que vai operar e manter o sistema nada deve ser descurado.

Fotos reais

andon-displayandon-terminal-operador andon-switch

Conclusão

Embora possa parecer um cliché, cada vez mais acredito que tudo isto se consegue se houver uma direção que acredite e uma equipa de desenvolvimento com vontade e persistência.