Indústria 4.0: Digital Twin para automatizar inspeção e controle de qualidade de pontos de solda

Thiago Cannabrava de Sousa, egresso do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da UFABC, pesquisou, durante o mestrado, um gêmeo digital aplicado a um sistema de inspeção com robô colaborativo e visão computacional.

O objetivo do mestrando era desenvolver um gêmeo digital (protótipo online idêntico ao físico), destinado a automatizar o processo de inspeção e controle de qualidade de pontos de solda no setor automotivo, a fim de aumentar a produtividade com o emprego de tecnologias da Indústria 4.0 para fábricas inteligentes. Como resultado, houve a implementação do sistema no Testbed de Indústria 4.0 da UFABC. O Smart Testbed UFABC vem sendo desenvolvido desde 2019, com o apoio da Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI), e atua como uma "fábrica inteligente". Para além do digital twin, há tecnologias de manufatura aditiva, simulação, IoT (Internet das Coisas), robô colaborativo, sistema de visão, realidade virtual, RFID (rastreabilidade) e MES (Manufacturing Execution System).

Recentemente, no mês de março de 2024, o egresso e seus orientadores de mestrado – professores Erik Gustavo Del Conte e Ugo Ibusuki –, com o apoio da Agência de Inovação da UFABC, submeteram ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) uma solicitação de patente de invenção, intitulada 'Sistema e método automatizado para inspeção de pontos de solda e meio de armazenamento legível por computador', originada a partir da referida pesquisa de mestrado.

Thiago cursou três graduações na UFABC – Bacharelado em Ciência e Tecnologia; Engenharia de Instrumentação, Automação e Robótica; e Engenharia de Gestão. Concluiu o Mestrado em Engenharia de Produção e, em fevereiro de 2024, ingressou no Doutorado em Ciência da Computação da UFABC. Além disso, é especialista em Gestão Lean 4.0, tecnólogo em Mecatrônica Industrial e técnico em Automação Industrial. Já atuou como técnico e professor de Automação Industrial e como programador de PLC. Atualmente, trabalha como Especialista de Produtos.

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Dados | Egresso

Nome completo
Thiago Cannabrava de Sousa

Formação acadêmica (cursos e instituições)
∙ Especialização em Gestão Lean 4.0 pela Universidade Federal do ABC (UFABC);
∙ Mestrado em Engenharia de Produção pela UFABC;
∙ Engenharia de Instrumentação, Automação e Robótica pela UFABC;
∙ Engenharia de Gestão pela UFABC;
∙ Bacharelado em Ciência e Tecnologia pela UFABC;
∙ Tecnólogo em Mecatrônica Industrial pela Faculdade Engenheiro Salvador Arena;
∙ Técnico em Automação Industrial - SENAI Almirante Tamandaré.

Profissão / experiência profissional
∙ Especialista de Produtos - 2019 - atual;
∙ Técnico em Automação Industrial - 2015 - 2019;
∙ Programador de PLC - 2014 - 2015;
∙ Professor de Automação Industrial - 2010-2014.

Programa de pós-graduação e curso (mestrado ou doutorado) concluído na UFABC
Mestrado em Engenharia de Produção

Como sua trajetória neste curso de pós-graduação na UFABC contribuiu para sua formação?
Contribuiu com conhecimentos para área de Indústria 4.0.

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Dados | Dissertação

 Título
Gêmeo digital aplicado a sistema de inspeção com robô colaborativo e visão computacional

 Data da defesa
15 de dezembro de 2022

 Nome do orientador
Prof. Dr. Ugo Ibusuki
Prof. Dr. Erik Gustavo Del Conte

 Linhas de pesquisa
Gêmeos Digitais, Digital Twin, Indústria 4.0, IIoT, Robótica Colaborativa

Link para a dissertação

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Questões | Pesquisa

Qual o tema da sua pesquisa e por que o escolheu?
Gêmeos Digitais. Escolhi esse tema por ser um dos de maior relevância nas diretrizes da transformação digital na indústria.

Quais eram seus objetivos (gerais e específicos)?

Objetivos gerais:
O processo de inspeção ultrassônica é o processo mais utilizado na indústria automotiva para controle da qualidade de pontos de solda de amostras de partes soldadas no processo RSW da empresa. Entretanto, essa etapa do processo é tradicionalmente desempenhada por operadores humanos que têm a função de realizar as inspeções com sensores ultrassônicos e avaliar o resultado da inspeção para registro e controle da qualidade. O controle do processo é realizado a partir de amostras de produção em departamentos de controle localizados em anexos da fábrica.
Esta pesquisa objetiva o desenvolvimento de um Digital Twin de um processo automatizado de inspeção e controle de qualidade de pontos de solda, utilizando robô colaborativo e sistema de visão computacional como proposta de melhoria do processo que utiliza testagem ultrassônica. Nesse contexto, será investigado o ganho de produtividade com a automatização do processo, além de empregar tecnologias habilitadoras da Indústria 4.0.

Objetivos Específicos:
∙ Desenvolver um modelo de processo automatizado de controle e inspeção de qualidade de pontos de solda como proposta de melhoria de um processo que utiliza testagem ultrassônica, em escala de laboratório;
∙ Comissionar uma célula de controle automatizada de controle e inspeção de pontos de solda utilizando uma abordagem de IIoT, em escala de laboratório;
∙ Desenvolver um Digital Twin do processo usando uma abordagem de simulação de processos e abordagem IIoT;
∙ Treinar e implementar o algoritmo de Machine Learning, “Image Classification”, como aplicação de visão computacional para controle e inspeção de qualidade de pontos de solda;
∙ Comparar o ganho de produtividade do processo desenvolvido para com o processo manual atual na montadora do estudo de caso.

Como foi sua realização (materiais e métodos, metodologia, corpus etc.)?
Aplicação de RSL pelo método PRISMA, Modelagem e Simulação de um sistema que compõe o testbed de Indústria 4.0 da UFABC.

Quais foram os desafios enfrentados?
Desafios relacionados à falta de recursos tecnológicos. Tive que vencer um desafio nacional de Plant Simulation da Siemens para conseguir o pacote de software que usei em minha pesquisa (Process Simulate). Além disso, houve também os desafios de higiene sanitária que o mundo enfrentou com o Covid.

Quais foram os principais resultados alcançados?
A implementação de um digital twin para o testbed de Indústria 4.0 da UFABC aplicado a um processo de controle de pontos de solda com visão computacional como prova de conceito.

Descreva, resumidamente, a importância acadêmica e social de sua pesquisa, isto é, sua contribuição para o universo científico e o cotidiano das pessoas.
Foi entregue um testbed de Indústria 4.0 comissionado para o desenvolvimento de pesquisas aplicada para UFABC. Além disso, o trabalho contribui com uma abordagem de inspeção de pontos de solda por visão computacional.

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Texto atualizado em 15 de abril de 2024.