As Tendências da Tecnologia CNC e o seu Impacto na
Competitividade Tecnológica

 

Tecnologia ou Novas Tecnologias, saber ou conhecimento têm sido termos repetidamente utilizados quando nos questionamos sobre o futuro do sector metalúrgico e electromecânico. No passado, alguns colocavam a necessidade de aquisição tecnológica como o factor chave para o sucesso, em detrimento de aspectos de âmbito organizacional e do saber. Na altura, casos reais de insucesso na implementação de novas tecnologias vieram clarificar o pensamento e evidenciar o que hoje é opinião unânime: sem uma aposta forte na gestão do conhecimento, não é possível uma utilização eficaz das tecnologias e a nossa disposição e abertura para a expansão e inovação tecnológica não se potencia.

O ritmo da ”mudança” a que assistimos abrange todos os sectores de actividade. O comportamento e posicionamento perante a mudança é hoje factor crucial, a abertura para a mudança organizacional, para mudança do conhecimento e para a mudança tecnológica deverá ser uma característica comum do indivíduo e naturalmente das empresas.

Talvez estas primeiras palavras estejam a defraudar quem iniciou a leitura do artigo na expectativa de uma abordagem eminentemente técnica; no entanto, pela vocação de quem assumiu o risco de partilhar aqui algumas ideias e reflexões, o artigo irá naturalmente focalizar a atenção na mudança tecnológica e entrar em aspectos de maior detalhe relacionados com a área da fabricação assistida por computador, em particular no que diz respeito às tendências actuais e evolução das máquinas ferramentas com CNC e sua implicação na organização global das empresas, em particular na necessidade de gestão do “Know-how” por parte destas.

AS PREOCUPAÇÕES DOMINANTES

Hoje as questões ambientais, de segurança e ergonomia dominam o nosso dia a dia. Os objectos que nos rodeiam estão cada vez mais adaptados à fisionomia do corpo humano e são, como tal, de maior complexidade geométrica. O seu ciclo de vida é cada vez menor, o “timing” para colocação no mercado é cada vez mais curto, a concorrência é enorme. Como sobreviver e competir no mercado global?

Estas preocupações e algumas incertezas têm sido e continuam a ser amplamente discutidas, e aqui surge a tecnologia não como a solução mas sim como mais uma “ferramenta” que auxilia o homem no desenvolvimento das suas tarefas.

A tecnologia adapta-se diariamente, acompanhar a sua evolução é um desafio, a palavra de ordem é a Inovação, mas

Será que nos sabemos posicionar perante a Inovação?

É sempre um risco falar de inovação: a tendência generalizada em invocar e associar inovação a aspectos meramente tecnológicos, condiciona muitas vezes a nossa capacidade de inovar. Mas, mais do que discutir o significado, é importante questionar o nosso comportamento perante o que é supostamente novo e inovador. Será que quando somos confrontados com novas abordagens organizacionais, novos métodos de trabalho ou tecnologias ditas inovadoras, aproveitamos para questionar o que fazemos e nos antecipamos e preparamos para aquilo que poderá ser a inevitável “mudança”?

A Inovação ainda é vista com algum distanciamento, ou porque achamos que não têm directamente a ver com a nossa actividade ou porque a solução ou ideia observada necessita de algum tempo de maturação e como tal sem influência imediata no nosso dia a dia.

Em oposição, acompanhar a inovação tecnológica leva-nos a questionar o que fazemos, bem como, antecipa a inevitável mudança tecnológica, levando a empresa a preparar-se atempadamente para a aquisição e recepção da tecnologia adoptando no momento certo as necessárias mudanças organizacionais e do conhecimento.

Vamos olhar para dois casos que serão detalhados posteriormente:

A Alta velocidade
Quando se começou a falar de alta velocidade (e lembra-se o período de euforia que conduziu à realização de um sem número de eventos e debates sobre a aplicação real deste novo conceito e que se traduziu na ideia que a sua aplicação se restringia a industrias de ponta como a automóvel, aeroespacial ou até mesmo dos moldes) levou a que muitos observassem este conceito com alguma indiferença.

A alta velocidade independente da sua maior ou menor aplicação num determinado tipo de industria ou sector, deve ser vista como a necessidade que temos em maquinar um determinado componente no menor tempo possível dentro dos parâmetros de qualidade exigidos, e isso não é uma preocupação de alguns, mas sim, de todos os que trabalham diariamente com máquinas ferramenta com comando numérico.

Acompanhar desde o início o conceito, significa, “provocar” definitivamente o conhecimento real das tecnologias que temos “dentro de casa”, quais os seus limites, até onde podemos ir nos avanços em trabalho, questionar se estamos a utilizar as estratégias de maquinação mais adequadas, chegar à conclusão que até consigo maquinar com avanços relativamente elevados mas que para tal necessito de mais rotação, talvez leve a incorporar uma cabeça de alta rotação como acessório, etc.

Na prática, estou, por via da observação cuidada de uma Inovação Tecnológica, a influenciar e aperfeiçoar os meus métodos de trabalho diários, bem como a antecipar e a preparar a estrutura funcional da empresa para o dia em que possivelmente a tecnologia inovadora seja adquirida e integrada na empresa.

A Maquinação a 5 eixos
Tal como a alta velocidade a maquinação a 5 eixos tem sido vista com aplicação directa nas indústrias de ponta anteriormente referidas. Esta solução de maquinação deve ser aproveitada para, entre outros aspectos, questionar a forma como preparo e trabalho, as várias fases de aperto até ter o componente maquinado, ou seja, para além da velocidade de maquinação executar o componente no menor número de Setup´s é também objectivo.

Se acompanharmos o processo evolutivo das máquinas ferramenta verifica-se que a maquinação a 5 eixos, não tem tido ao longo dos anos a aceitação que muitos previam, mas, começa agora a generalizar-se. O distanciamento com que eu possa ter acompanhado esta tendência poderá querer dizer que ainda hoje não estou preparado para a sua possível aquisição, não antecipei a mudança organizacional, não preparei os recursos humanos para a integração e utilização do novo equipamento, em suma, perdi tempo que pode não ser recuperável.

A evolução tecnológica faz-se naturalmente de avanços mas também às vezes de recuos, algumas soluções de cariz inovador são descontinuadas ao longo do tempo o que leva à redefinição de algumas estratégias de desenvolvimento, mas

Qual o rumo que podemos observar da evolução tecnológica?

A EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA

Ao nível das máquinas ferramenta com comando numérico, a evolução que se regista nas duas últimas décadas tem sido estimulada por um objectivo comum: maquinar os componentes no menor tempo possível dentro dos parâmetros de qualidade definidos. As empresas utilizadoras deste tipo de tecnologia são na prática o motor do desenvolvimento tecnológico e têm nos fabricantes dos equipamentos o receptor das suas necessidades que se traduz em novas e inovadoras soluções tecnológicas caracterizadas pela agilidade, flexibilidade, autonomia, fiabilidade, rapidez e qualidade.

Na prática, estas soluções tecnológicas têm duas grandes linhas de desenvolvimento:

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Velocidades em maquinação mais elevadas.

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Redução dos designados “tempos não produtivos” que podem ainda dividir-se em:
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Directamente associados às características gerais da máquina. Tempos de mudança de ferramenta, movimentos rápidos de posicionamento, etc.

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Directamente associados ao “Setup”, que podem ou não estar dependentes da intervenção humana. Acerto de ferramentas, montagem e alinhamento do sistema de aperto / peça, viragem de peça, etc.

EVOLUÇÃO TECNOLÓGICA CNC

A grande questão que hoje se coloca (quando somos confrontados pelos fabricantes com o lançamento no mercado de tecnologias que incorporam soluções técnicas mais evoluídas ou inovadoras, ou seja, tecnologias de performance superior) é o tempo que levamos até as compreender, aceitar e implementar no nosso dia a dia com o intuito de rentabilizar e optimizar as tarefas que executamos.

Se é verdade que toda e qualquer solução inovadora passa pelo processo de lançamento no mercado, compreensão, maturação e validação por parte do cliente, não é menos verdade que este ciclo que conduz à aquisição tecnológica é, em termos temporais, cada vez mais curto, o que implica que as empresas tenham que ter uma postura cada vez mais pró-activa em relação à inovação.

Se observar-mos com mais atenção o comportamento das empresas, em particular as pequenas/médias empresas, no que diz respeito à absorção de novas soluções tecnológicas, verificamos que:
 
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As soluções que visam a redução dos tempos não produtivos, como seja, tempos de mudança de ferramenta, acertos de ferramentas, movimentos rápidos e outros, têm sido ao longo dos anos facilmente absorvidos e implementados por parte das empresas.
 

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As soluções que visam a redução dos tempos não produtivos associados ao “Setup”, em particular à montagem e alinhamento do sistema de aperto e peça, não têm sido tão facilmente absorvidas e implementadas por parte das empresas. Se por um lado, a lenta adopção de soluções desta natureza não deixa de causar alguma estranheza, por outro a vertente económica tem condicionado bastante a sua aplicação, pois na prática passa pela incorporação de mais eixos sobre os equipamentos o que encarece substancialmente os mesmos.

Mas vamos particularizar e olhar com maior detalhe para a máquina com maior implementação a nível mundial, o Centro de Maquinação Vertical a 3 eixos, que implica a maquinação de um componente com vários planos de maquinação que obrigam a outros tantos posicionamentos:
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Tempos de “setup” elevados (máquina parada), em alguns casos superiores aos tempos de maquinação.

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Maior imprecisão no produto final.

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Necessidade de projectar sistemas de aperto especiais com o inerente aumento de custos.

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Menor autonomia na maquinação tendo em conta a necessária presença do operador para a viragem da peça.

Naturalmente, a tendência na observação da evolução tecnológica vai, em muito casos, para os aspectos que mais facilmente chamam a nossa atenção e curiosidade, pois são os que tem maior impacto visual: quem pode ficar indiferente a máquinas com trocas de ferramenta de 0.5 segundos, ou com avanços em trabalho na ordem dos 20000 mm/min. Estas são seguramente características que hoje e no futuro serão importantes na redução dos tempos de maquinação.

E os Tempos de SETUP? Porque razão, ao longo dos últimos anos, o processo de adesão e adopção por parte das empresas de soluções que diminuem drasticamente as operações e os tempos de Setup, e estamos naturalmente a falar da maquinação a 5 eixos contínuos ou o usual 3+2, tem sido menos rápido do que o esperado?

Existem várias razões, das quais se destaca:
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O elevado custo dos equipamentos.

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A elevada complexidade tanto na programação como na operação.

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A pouca fiabilidade e capacidade de resposta dos sistemas de programação automáticos (CAM) à maquinação a 5 eixos com problemas diversos ao nível do pós-processamento.

Mas, factores recentes têm vindo a originar uma gradual aceitação de outro tipo de máquinas e hoje, a cada vez maior implementação das máquinas a 5 eixos, que muitos consideram inevitável, deriva essencialmente de:
 
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Os avanços tecnológicos ao nível da arquitectura e design dos equipa-mentos a par de um abaixamento dos custos, começam a cativar as empresas para a maquinação a 5 eixos.
 

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A programação continua a ser bastante complexa, mas os sistemas CAM começam a dar imagem de maior fiabilidade transmitindo por isso segurança ao utilizador final.
 

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O avanço que se regista ao nível dos softwares de simulação do processo maquinação, que vai para além da simples simulação do percurso da ferramenta.
 

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O mercado global, onde a concorrência dos países asiáticos, com particular ênfase para a nação que gera cada vez maior preocupação, a China, está a “forçar” a implementação de outro tipo de soluções tecnológicas.

Mas, na prática, que soluções tecnológicas disponibiliza o mercado fornecedor de máquinas ferramentas?

Diversas arquitecturas de máquinas tem vindo a originar a rotura com o tradicional Centro Maquinação Vertical a 3 eixos ou o Centro de Torneamento a 2 eixos, com destaque para:

Máquinas de cinco eixos
Diferentes configurações estão disponíveis no mercado, orientadas essencialmente para dois tipos de maquinação:

  • O posicionamento da peça em diferentes planos de maquinação e/ou a colocação da ferramenta em diversos ângulos e posterior maquinação a 3 eixos num só setup.

  • A maquinação a 5 eixos contínuos de superfícies complexa num só único setup.

Diversas vantagens resultam da aplicação deste tipo de tecnologia:

  • Redução do número de apertos.

  • Redução do número e tipo de acessórios, como por exemplo sistemas de aperto específicos, que, para além de diminuir custos melhora a gestão do espaço oficinal.

  • Redução da intervenção humana ao nível da operação, diminuindo a hipótese de erro.

  • Redução acentuada dos tempos de “setup”.

  • Facilita a maquinação de peças complexas, quer seja devido à geometria quer seja devido ao número de apertos.

  • Posicionamento rápido nas várias posições de aperto.

Máquinas Multi-Tarefa
A máquina multi-tarefas tornou-se num dos conceitos que mais rapidamente cresceu e se desenvolveu nos últimos anos. Na prática, o objectivo é tornear, fresar, furar, roscar, mandrilar e acabar um componente num só aperto, ou seja, é a combinação de vários processos de maquinação numa só máquina quando tradicionalmente se processava em várias máquinas, tornando a maquinação mais eficiente e globalmente mais competitiva em termos de custos. Poderemos considerar dois grandes conceitos:

Máquinas Híbridas
Desenvolvidas a partir dos conceitos torno e fresa, onde a fronteira entre cada um dos processos deixa de ser visível.

Centros de Torneamento
A partir do modelo standard, a evolução tecnológica tem provocado sucessivas alterações nos centros de torneamento até transformar este tipo de máquinas em multi-tarefas com a incorporação de eixos adicionais. Tudo começou há já bastantes anos com a introdução das ferramentas motorizadas a par do eixo rotativo C na spindle e hoje é possível observar a combinação de diversos movimentos, como por exemplo o eixo “y”, o eixo rotativo na torreta, duas spindles, duas torretas, etc.

Várias vantagens resultam da aplicação deste tipo de arquitectura:

  • Evita os múltiplos Setup e a manipulação.

  • Reduz o fluxo de materiais pela oficina.

  • Evita os stocks intermédios.

  • Reduz os tempos globais de maquinação.

  • Melhora a precisão do produto acabado

Este tipo de máquinas vai continuar a evoluir e a ganhar espaço a outros equipamentos como é o caso dos Centro Maquinação Verticais a 3 eixos lineares. A descontinuidade do C. Maquinação Vertical a 3 eixos lineares começa a sentir-se, mas anunciar o seu desaparecimento é prematuro e arriscado, até porque as soluções que o mercado disponibiliza são cada vez mais influenciadas pelas soluções tecnológicas anteriormente referidas, e como tal, os C.M Verticais apresentam hoje melhorias que em alguns casos, aumentam significativamente os índices de produtividade, destacando-se:
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Velocidades de rotação standard entre as 12.000 e 18.000 rpm podendo em alguns casos ir até às 25.000rpm.

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Integração do 4º e 5º na cabeça ou na mesa possibilitando a maquinação a 5 eixos contínuos ou 3+2.

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Sistemas de paletização.

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Incorporação de motores lineares de alta velocidade.

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Probing” para inspecção e Setup.

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Sistemas laser para controlo e inspecção das ferramentas de corte.

A maior complexidade dos equipamentos e as diferentes configurações que o mesmo pode tomar exigem um estudo prévio e cuidado antes da tomada da decisão. Se o caminho a seguir for a sua implementação, então, deverá existir um período de preparação interna para a recepção da tecnologia. Mas

Que consequências e quais os factores críticos na implementação deste tipo de soluções?

AS CONSEQUÊNCIAS

Para além das vantagens anteriormente apresentadas, este tipo de soluções tecnológicas apresenta uma maior complexidade ao nível da operação e programação e, como tal, uma das consequências da sua implementação é o maior grau de especialização da mão-de-obra que resulta essencialmente de:
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Uma preparação de trabalho mais complexa e especializada.

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O maior número de graus de liberdade do equipamento exige ao nível da operação e programação uma maior capacidade de percepção e orientação no espaço.

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A utilização obrigatória de um sistema CAM de maior complexidade operativa.

Por outro lado, a complexidade do processo já amplamente referida, onde a probabilidade de existir colisão é maior, exige para além da simulação do percurso da ferramenta, a simulação virtual da maquinação com a representação tridimensional dos sistemas de aperto / fixação, das ferramentas / suportes e da própria arquitectura da máquina.

Neste ponto em particular, verifica-se que o mercado se está a adaptar a esta nova realidade com um número crescente de empresas especialistas em softwares de simulação. Também aqui se nota uma melhor resposta dos sistemas CAM, que no âmbito da simulação dispõem de bases de dados internas com os principais modelos de máquinas, o que possibilita e aproxima a simulação virtual ao cenário real.

A tecnologia e a sua evolução têm tido nota de particular destaque nas considerações e reflexões até agora realizadas. Talvez seja este o momento para voltar à nota introdutória e dar novamente ênfase ao saber/conhecimento. Há décadas que se reconhece que o sucesso está dependente do “investi-mento” feito nas pessoas, na gestão do Know-How. Mas reconhecendo a especificidade do sector e a crescente complexidade das tecnologias como poderão as empresas.

Gerir e fixar o seu Know-How?

O KNOW-HOW

A base do sucesso está no conhecimento. O sector onde estamos inseridos requer cada vez mais técnicos que, para além de uma sólida formação de base, tenham a capacidade de gerir o seu próprio Know-How, pois hoje é factor determinante que o individuo se preocupe em aperfeiçoar e solidificar os seus conhecimentos, deixando este aspecto de ser uma questão única da empresa.

Mas para além da aquisição de conhecimento por via da formação, esta área tem a particularidade de muito do Know-how ser adquirido e fortalecido por via do desenvolvimento e execução das actividades diárias. Hoje cada componente ou peça é um caso, novas variáveis surgem diariamente provocando a utilização de novas estratégias de maquinação, novas ferramentas de corte, novos sistemas de aperto, etc.

A preocupação de fixação do Know-How, que na prática está fortemente concentrado no indivíduo, realça a importância de procedimentos internos que conduzam a criação automática e permanente do histórico.

Não perder de momento para o outro um “Know-how” acumulado ao longo de anos e continuar a ser “proprietário” do mesmo, obriga hoje a um esforço importante por parte da empresas e aqui entra novamente a tecnologia como uma “ferramenta” de suporte, neste caso ao nível da gestão do conhecimento. Emerge o conceito

KBM (Knowlegde-Based Machining)

Na prática, estamos na presença de bases de dados de conhecimento, alimentadas e actualizadas a partir do trabalho prático efectuado sobre as tecnologias. Hoje, tanto os sistemas CAM como os próprios controladores CNC permitem o armazenamento de estratégias de maquinação (configuradas em termos dos movimentos específicos da ferramenta, profundidades de corte, entradas e saídas do material, etc.) que podem ser associadas à execução de um qualquer componente.

NOTAS FINAIS

Para finalizar, reforçar que as ideias e reflexões aqui partilhadas tem um carácter generalista e que cada caso é um caso que deve ser analisado e trabalhado como tal. Deixar ainda como notas finais:
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Ter a capacidade de acompanhar a Inovação Tecnológica é a forma de antecipar e preparar a mudança.

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A máquina ou a tecnologia “perfeita” é aquela que responde às nossas necessidades. O ponto-chave é identificar as necessidades.

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Não podemos olhar só para aquilo que fazemos hoje: ter a capacidade de resposta para amanhã poder aceitar e mudar o tipo de produção começa a ser factor de distinção, a tecnologia multi-eixos onde se inclui a maquinação a 5 eixos começa a ter um papel de destaque.

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A gestão do conhecimento é crucial e deve ser feita:
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Na óptica da utilização e rentabilização das tecnologias existentes

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Na óptica da implementação futura de outras tecnologias, sabendo que só partimos para o investimento quando temos algumas certezas quanto ao futuro da tecnologia e quando sentimos Know-How suficiente sobre a mesma.