Sinalização visual para o gerenciamento informado de linhas de produção

Figura 1: O termo gerenciamento visual implica em comunicações destinadas a estimular a ação do pessoal — o que difere de outras comunicações visuais do chão de fábrica, destinadas apenas a transmitir informações. Luzes de advertência como estas comunicam a presença de uma condição perigosa. (Fonte da imagem: Getty Images)

Figura 2: Assim como os semáforos para gerenciar o comportamento dos motoristas nos cruzamentos de ruas, o equipamento de gerenciamento visual em aplicações industriais tem como objetivo estimular as respostas do pessoal para definir as exigências do processo. (Fonte da imagem: Banner Engineering)

As linhas de produção para o processamento, classificação, transporte, montagem e embalagem de mercadorias normalmente incorporam conjuntos de equipamentos que executam simultaneamente tarefas inter-relacionadas, embora separadas. Tais operações exigem a inclusão de componentes para uma produção segura e ininterrupta. Aqui, os componentes de sinalização visual são fundamentais. Estes comunicam, de forma rápida e eficiente, os dados da máquina e outras informações acionáveis ao pessoal de fábrica através de luzes ou outros meios visuais (muitas vezes codificados por cores) — com pouca ou nenhuma confiança em instruções escritas ou texto.

Também conhecido no contexto da automação industrial como controle visual, o gerenciamento visual apóia a produção enxuta e as eficiências das abordagens da fábrica enxuta de IIoT. Tal gerenciamento visual pode tomar a forma de simples marcações no chão de fábrica, adesivos e etiquetas em painéis de comunicação e lotes de peças, torres de luz (chamadas de sistemas andon) e outros eletrônicos iluminados em estações de controle ou máquinas, tiras de luz em separadores de peças de estações de montagem, e até mesmo telas planas montadas no teto para comunicar as condições e instruções em tempo real ao pessoal da fábrica.

O objetivo principal do gerenciamento visual nas linhas de produção é garantir que todos os processos de produção e montagem ocorram da forma mais segura e eficiente possível através da comunicação oportuna e pró-ativa das ações necessárias do operador ou técnico.

Componentes de gerenciamento visual

Os componentes de gerenciamento visual em instalações automatizadas servem três funções distintas — para transmitir informações acionáveis sobre as condições das máquinas e processos na linha de produção, para dar instruções codificadas aos operadores de máquinas e outras pessoas da fábrica, e para rastrear o desempenho da linha de produção para decisões mais bem informadas a nível empresarial. Cada uma destas funções está associada à sobreposição de linhas de ferramentas dedicadas de gerenciamento visual.

Alarmes visuais para o pessoal da fábrica

Figura 3: Os alarmes visuais dependem de sensores que detectam quando ocorrem eventos na máquina — e são frequentemente acompanhados por sirenes audíveis. Aqui é mostrado um alarme piezo iluminado por LED para montagem em painel e rede CAN através do protocolo SAE J1939-15. Os sons do alarme são configuráveis para comunicar várias condições de alarme. (Fonte da imagem: Floyd Bell Inc. )

Os alarmes visuais são luzes LED, lâmpadas indicadoras e dispositivos iluminados que chamam a atenção, de forma óptica, dos operadores de máquinas e gerentes de fábrica — geralmente como uma advertência dedicada de um problema muito específico. As causas comuns de alarmes incluem atolamentos de máquinas, sobrecarga, superaquecimento, vazamentos, quedas de pressão, falhas elétricas, impedância das funções de segurança e incêndio. Para situações especialmente terríveis, estes alarmes visuais são acompanhados por sirenes audíveis.

Por exemplo, os alarmes de incêndio integram sensores de calor e de partículas de fumaça, bem como eletrônica robusta programada para emitir sinais sonoros e piscantes. Em alguns casos, os alarmes também entram em rede em um sistema controlador de alto nível que pode comandar que uma determinada saída de alarme seja o alerta mais notável, caso ocorra uma série de eventos sinistros.

A maioria dos alarmes industriais comunica apenas que há um erro — sem quaisquer detalhes sobre a causa raiz do erro ou a sua localização exata. Entretanto, os alarmes visuais de grau industrial são geralmente projetados de forma a tornar intuitivo até mesmo para o observador novato que existe um problema — e, para o melhor, pode transmitir uma compreensão imediata da natureza do problema. Por exemplo, um alarme instalado em uma linha de produção pode piscar ou emitir algum sinal equivalente quando seus sensores associados detectam um número pré-programado de rejeições. Isso, por sua vez, permite que os operadores de turno saibam que há um problema em algum ponto não especificado no transportador ou na linha. Em outras máquinas, os alarmes visuais são programados para acender e apagar de acordo com padrões temporizados — muito parecidos com marcadores de canais náuticos para o tráfego marítimo fluvial — com significados codificados para cada padrão de intermitência.

Indicadores de status da máquina

Os indicadores de status das máquinas em ambientes industriais incluem os medidores, calibradores e contadores que muitos engenheiros invocam quando ouvem a palavra indicador. Na verdade, os indicadores de status também incluem outros componentes de automação — incluindo luzes do painel de controle, torres de luz e recursos de HMI que significam a ocorrência de um evento da máquina ou a resposta necessária do pessoal.

Em contraste com os alarmes que comunicam exclusivamente a ocorrência de eventos perigosos, não rotineiros, ou outros eventos que interrompem o processo, os indicadores de status da máquina estão associados a ocorrências ou métricas acionáveis que são normais para uma determinada operação. Por exemplo, eles podem exibir em tempo real o consumo de eletricidade ou o calor gerado por um processo que funciona a alguma velocidade ou torque ajustável no eixo do equipamento monitorado.

Sistemas Andon e torres de luz

Figura 4: Ao contrário dos alarmes e indicadores, os sistemas andon são dispositivos dedicados a uma única condição de máquina. As torres de luz Andon vêm em uma variedade de contagens de pilha (cor clara) e diâmetros. Suportes padrão da indústria e integração de velocidade da pré-fiação. (Fonte da imagem: Menics)

Os sistemas Andon são um componente comum do gerenciamento visual nas instalações atuais da produção. São luzes de torre com diferentes cores empilhadas verticalmente. O termo andon tem origem em uma palavra japonesa para um tipo de lanterna estacionária — e seu uso na fabricação tem origem no uso de andons pela Toyota para se referir aos sistemas de sinalização de problemas baseados em luz de suas primeiras fábricas modernas.

Os andons são distintos de outros componentes de gerenciamento visual na medida em que cada um deles está associado a um determinado intertravamento da máquina, botão de parada ou dispositivo de rastreamento de operações. A característica mais distinta dos sistemas andon é que eles fornecem um meio para o pessoal interromper a linha de produção quando surge um problema. A principal função dos sistemas andon é comunicar ao pessoal próximo que há algum problema na linha.

Em uma torre de luz andon, cada cor transmite uma mensagem padrão da indústria.

• O verde indica que uma linha de produção está em funcionamento e que não há nenhum problema detectado.
• O amarelo indica que a lógica da máquina detectou um problema, embora a produção ainda possa estar em funcionamento. A luz amarela de um andon normalmente acende quando há uma anormalidade na linha de produção, como temperatura excessiva, escassez de material, mau funcionamento da máquina ou um número anormal de rejeições. Os problemas que acionam a luz amarela não são críticos, mas podem levar a problemas mais graves se não forem resolvidos.
• O vermelho indica que a produção está parada — muitas vezes porque um operador de máquina disparou um intertravamento da máquina ou pressionou um botão de parada de emergência. Quando um sistema andon detecta ou recebe um alerta de um problema crítico que requer atenção imediata, a luz vermelha da torre andon acende — e o sistema andon interrompe a produção. Se a produção parar mas não através do sistema andon (ou parar por qualquer razão não detectada pelo sistema andon), a luz vermelha andon piscará. A produção permanece paralisada até que o problema seja resolvido.

Enquanto os sistemas andon mais comuns incluem empilhamento com luz vermelha, amarela e verde, algumas incluem apenas as vermelhas e verdes. Ainda assim, outros incluem uma luz branca e uma luz azul no empilhamento. O significado padrão da indústria de uma luz azul iluminada em uma torre andon é um pedido de assistência — seja para a entrega de materiais de reabastecimento, pessoal de manutenção ou gerenciamento. Um LED branco iluminado em uma torre de luz andon, por outro lado, normalmente comunica uma condição específica da máquina relacionada a uma medida de produtividade monitorada.

Marcações mais simples e sinalização de fábrica

Figura 5: A sinalização de segurança emprega iconografia padronizada pela National Electrical Manufacturers Association (NEMA), o American National Standards Institute na norma ANSI Z535 e a Organização Internacional de Normalização na norma ISO 7010. (Fonte da imagem: Getty Images)

Figura 6: O gerenciamento visual modesto baseado em sinais pode garantir a segurança do pessoal de fábrica. (Fonte da imagem: Clarion Safety Systems)

O gerenciamento visual em arranjos industriais não precisa ser eletrônico. Marcações, sinais e etiquetas modestas (de baixa tecnologia) nas máquinas e células de trabalho, e ao delas, são elementos essenciais de uma planta de manufatura enxuta bem projetada. Tal sinalização serve para instruir e orientar o pessoal da fábrica. Por exemplo, as marcações de piso podem guiar o tráfego de pedestres por rotas seguras através das instalações da manufatura. Em outros lugares, as etiquetas baseadas em ícones podem indicar claramente as posições corretas das ferramentas, das peças separadas para montagem, dos eixos do equipamento, dos portões de segurança e de outros objetos.

O tipo mais importante de gerenciamento visual baseado em sinais é aquele relacionado à segurança do pessoal. Tal sinalização é exigida por lei em qualquer lugar onde haja superfícies quentes, riscos elétricos, pisos molhados ou risco de exposição à radiação. Os sinais de segurança também alertam os trabalhadores quanto aos equipamentos de proteção individual (EPI) necessários para uma determinada área de trabalho, e quando se aproximam de áreas restritas a pessoal não autorizado. Outros exemplos de sinalizações para gerenciamento visual de linhas de produção são etiquetas e rótulos plásticos laminados ou rígidos, descrevendo passos a serem tomados em resposta a uma determinada condição da máquina ou da fábrica, ou como operar um simples dispositivo ou peça de equipamento.

Painéis gráficos e HMIs para KPIs

Figura 7: As operações e painéis KPI nas fábricas assumem cada vez mais a forma de telas digitais IIoT conectadas para comunicar o desempenho individual da célula de trabalho e o desempenho geral da fábrica. (Fonte da imagem: Getty Images)

Embora fora do escopo deste artigo, vale a pena notar que nos últimos anos houve um aumento da confiança nos HMIs para transmitir alertas e alarmes a nível de máquina. Estes alertas do HMI são sinais evidentes na tela, que muitas vezes são iconizados para se assemelharem a uma cúpula física e a sistemas andon, com as quais o pessoal da fábrica já está familiarizado.

Para comunicação de dados relacionados à métrica da planta e da empresa (junto com informações sobre o desempenho e a situação atual de uma ou mais linhas de produção), os painéis gráficos do chão de fábrica são padrões. Estes painéis incluem variações não-eletrônicas e eletrônicas.

Painéis gráficos não eletrônicos são quadros brancos e quadros de avisos que exibem informações manuscritas e impressões computadorizadas de estatísticas de produção relacionadas a taxas de produção das células de trabalho, peças acabadas e enviadas, incidentes de segurança e muito mais.

Painéis gráficos eletrônicos simples tomam a forma de letreiros de LED capazes de exibir números em telas matriciais de pontos. Em contraste, painéis gráficos eletrônicos mais sofisticados incluem telas planas digitais que conectam em rede as máquinas e os equipamentos de exibição, o chão de fábrica, e até mesmo os dados de nível empresarial em tempo real. Em muitos casos, a taxa de produção alvo e outras quantidades operacionais são traçadas em relação à taxa de produção real e quantidades relacionadas. Tais valores são chamados de indicadores-chave de desempenho ou KPIs — aqueles indicadores de taxas operacionais e medidas de melhoria para informar a tomada de decisões em nível empresarial. Além dos KPIs, os painéis de gerenciamento visual frequentemente contêm estatísticas de desempenho relacionadas ao atendimento de pedidos da estação de trabalho, número de peças produzidas, paradas de máquinas, horas de funcionamento sem interrupção e número de dias sem acidente.

Conclusão

O gerenciamento visual no contexto da automação industrial inclui sistemas e componentes de sinalização que comunicam instruções não textuais ao pessoal da fábrica. De fato, componentes dedicados a funções de gerenciamento visual ou transmitem informações sobre as condições do processo e da máquina, ou comunicam detalhes acionáveis sobre o desempenho e a produtividade de uma linha de produção. A natureza inerentemente notável das sinalizações e sinais coloridos, brilhantes e piscantes é fundamental para o sucesso do gerenciamento visual e os benefícios de produtividade de uma fábrica visual IIoT.