Robótica industrial: embalamento e paletização de louça cerâmica

Este artigo apresenta o desenvolvimento e implementação de uma linha robótica no CTCV – Centro Tecnológico da Cerâmica e do Vidro, baseada na integração de robots colaborativos (cobots) e robots móveis autónomos (AMRs), destinada à automatização destas operações, evidenciando o potencial destas soluções para a Indústria 4.0 no setor cerâmico. 

1. Introdução

Esta linha robótica enquadra-se na Agenda Mobilizadora, Ecocerâmica e Cristalaria de Portugal (ECP), co financiada no âmbito do Plano de Recuperação e Resiliência (PRR), no qual o investimento realizado surge como resposta às necessidades de transformação digital, de sustentabilidade, e da requalificação contínua dos profissionais, identificadas no Estudo “O futuro do trabalho nos setores da cerâmica e da cristalaria”, realizado sob a coordenação da Nova School of Business & Economics, evidenciando a importância da adoção de tecnologias avançadas para reforçar a competitividade, a eficiência produtiva e a melhoria das condições de trabalho, no qual é referido que “Portugal possui um elevado potencial de automação a nível global, com até 50% das atividades de trabalho existentes sendo passíveis de automatização. Adicionalmente, estima-se que cerca de 700 mil trabalhadores em Portugal precisem adquirir novas competências ou mudar de ocupação até 2030 para acompanhar estas transformações, evidenciando a urgência de ações coordenadas para garantir a competitividade da força de trabalho”.

A indústria cerâmica portuguesa destaca-se pela inovação e qualidade dos seus produtos, embora alguns processos produtivos permaneçam pouco automatizados. A embalagem e a paletização de louça cerâmica exigem precisão, consistência e esforço físico considerável, sendo particularmente adequados à automação.

O mesmo estudo refere ainda que a adoção de processos automatizados,  terá um impacto significativo no emprego, especialmente nos setores industriais de manufatura intensiva. A substituição de tarefas humanas por tecnologias avançadas, poderá gerar uma redução líquida de empregos, já que este é o setor mais afetado negativamente pela automação em termos de emprego (ganho líquido negativo de empregos). Refere ainda que dentro dos setores da cerâmica e cristalaria, é expectável que exista uma mudança líquida de 4897 postos de trabalho até 2030, quer isto dizer que perder-se-iam mais 4897 postos de trabalho nestes setores do que aqueles que se irão criar, destacando a necessidade de requalificação da força de trabalho para novas funções que acompanhem as exigências tecnológicas e reforçando sobretudo a criação de um ecossistema onde a qualificação profissional seja tratada como uma prioridade estratégica.

A crescente maturidade dos robôs colaborativos e dos AMRs possibilita a criação de soluções flexíveis e seguras, capazes de operar em ambientes compartilhados, com operadores humanos. Neste contexto, o presente trabalho enquadra-se na implementação de uma linha robótica experimental no CTCV, visando demonstrar a viabilidade técnica e formativa destas tecnologias. Este artigo está organizado em cinco secções, sendo a primeira uma introdução à temática. Na segunda secção descrevem‑se as tecnologias adotadas para o desenvolvimento de um laboratório físico e virtual. A terceira secção é dedicada à apresentação do novo espaço do CTCV (learning factory), destacando as suas principais funcionalidades. A quarta secção centra‑se exclusivamente na plataforma de realidade virtual, responsável pela virtualização de processos, para apoio a atividades de formação e demonstração. Por fim, na quinta secção, são apresentadas as principais conclusões e contributos do projeto.

2. Tecnologias utilizadas

Os robots colaborativos distinguem-se pela sua capacidade de operar em proximidade com humanos, cumprindo normas de segurança como a ISO 10218 e a ISO/TS 15066 (International Organization for Standardization [ISO], 2011, 2016). A sua precisão, controlo de força e facilidade de programação tornam-nos adequados à manipulação de produtos frágeis, como a louça cerâmica, (Chaabani, 2023).

Os AMRs representam uma evolução face aos veículos guiados autónomos (AGVs) tradicionais (Rocha, 2010), (Freitas, 2018), utilizando navegação baseada em localização e mapeamento simultâneos (SLAM) (Obeidat, 2021; Rebelo, 2024) para transporte autónomo de materiais, sem necessidade de infraestruturas físicas fixas. Esta flexibilidade é essencial em ambientes industriais dinâmicos, permitindo rápida adaptação a alterações de layout e fluxo produtivo.

3. Fábrica experimental (numa lógica de Learning Factory)

O CTCV Factory Lab pretende ser um espaço único de aprendizagem, semelhante a uma fábrica piloto, que permitirá a demonstração de vários processos industriais semelhantes ao que podemos encontrar numa fábrica em contexto real. Este modelo baseia-se num conceito pedagógico, que privilegia a aprendizagem experimental, baseada em casos concretos e problemas reais. 

Os espaços de aprendizagem e demonstração têm como objetivo replicar e simular processos de automação e movimentos robóticos, recriando linhas de montagem de treino automatizadas de produtos. Estes espaços permitem demonstrar as mais recentes tecnologias e princípios da Indústria 4.0 num contexto real, capacitando os utilizadores e promovendo a automação de tarefas atualmente manuais, rotineiras e repetitivas, que não acrescentam valor ao negócio. Assim, é possível tornar os processos mais robotizados e ágeis, reproduzindo  esta abordagem ao ciclo produtivo:

• Conformação avançada – com foco nos processos de manufatura aditiva;
• Vidragem, por spray e por mergulho (simulação do movimento humano), que assegurem processos de vidragem precisos e repetitivos, melhorando a qualidade dos produtos e a eficiência do processo;
• Movimentação e transporte, de produtos entre as várias secções do processo produtivo;
• Montagem que garanta precisão e consistência ao auxiliar na montagem de componentes, reduzindo erros e aumentando a produtividade;    
• Inspeção de qualidade equipada com sistemas de visão artificial avançados, para analisar e selecionar produtos em tempo real, para garantir padrões elevados de qualidade e conformidade;
• Embalagem, que reduza tempos e deficiências nos processos na montagem das caixas, colocação de etiquetas, embalamento de produto 
• Paletização, que organize produtos em paletes de forma otimizada, maximizando o espaço disponível e minimizando o esforço humano com cargas manuais.

Em suma, estes novos espaços, irão assentar a sua área de atuação, em programas formativos que serão desenvolvidos em parceria com fornecedores de tecnologia e Instituições de Ensino Superior (IES), desenvolvendo programas curriculares de curta duração e de especialização, em temas como, Automação e Robótica, Sensorização, Inteligência Artificial (IA), Sistemas de transporte e embalagem inteligente, Visão artificial aplicada ao controlo de qualidade, mas ainda programas que foquem a Eficiência e a Sustentabilidade dos Processos Produtivos e a EcoInovação.

Nuno Ferreira, Raquel Faria
(ISEC – Instituto Superior de Engenharia de Coimbra / IPC – Instituto Politécnico de Coimbra)
A. Baio Dias, Alexandre Ferreira, Carlos Costa, Sandra Carvalho, Sandra Chambel, Victor Francisco
(CTCV – Centro Tecnológico da Cerâmica e do Vidro)

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