Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis
Abstract
A etiquetagem de produtos tem vindo a provar-se como um dos fatores que pode fazer a diferença no mercado altamente competitivo da atualidade. Esta, muitas vezes confundida com o logótipo da marca, apresenta-se de formas distintas, desde a atratividade das combinações de cores de uma embalagem à harmonia visual da exatidão com que estas conseguem ser colocadas na mesma secção de um produto. A automatização desta parte do processo de produção, para além da influência na cadência de produção e qualidade de vida de operários, faz-se notar na repetibilidade com que se consegue desempenhar a função para a qual foi projetada. O objetivo da presente dissertação é desenvolver um sistema de etiquetagem capaz de aplicar etiquetas em ambas as faces de um rolo de sacos de plástico. Numa das faces deverá ser aplicada a etiqueta individual em cada saco e, na face oposta, é aplicada a etiqueta de conjunto que identifica um total de cinco sacos. Este processo é feito exclusivamente de forma manual e, devido ao aumento das necessidades produtivas, a empresa Maia & Borges pretende automatizá-lo. Para a elaboração do sistema recorreu-se, inicialmente, à elaboração da revisão de literatura, de modo a perceber como se desenvolveram as embalagens e as etiquetas até ao contexto atual. Seguidamente, elaborou-se um estudo do mercado para reunir informações como os métodos de aplicação presentes na indústria e os elementos constituintes de uma máquina de etiquetagem. Estudaram-se, ainda, mecanismos de controlo de tensão, já que estes impactam a qualidade da aplicação da etiqueta. Posteriormente, fez-se um estudo referente à atual produção da empresa, definindo-se métodos organizacionais que contribuem para o aumento da mesma. Foi possível, ainda, calcular o aumento necessário da produção para alcançar os objetivos da empresa. Para o desenvolvimento de soluções do projeto, começou-se pela árvore de objetivos, diagrama de funções, estabelecimento das especificações do produto e mapa morfológico, chegando-se a uma solução conceptual final que foi complementada com a escolha e dimensionamento dos motores e sensores que constituem o sistema. Posto isto, foi feita a modelação da máquina, os desenhos técnicos dos componentes e a explicação de cada um dos sistemas que a constitui. Por fim, a partir do Grafcet do funcionamento do equipamento, elaborou-se um programa para PLC em linguagem Ladder para o controlo do funcionamento de todo o sistema de etiquetagem. A principal especificação do projeto foi a etiquetagem individual dos sacos que, para além de conseguida com uma cadência de produção acima do esperado, foi complementada com a etiquetagem do conjunto dos sacos de plástico.
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Universidade do Minho Escola de Engenharia Diogo Paulo Almeida Batista Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis. Março de 2023 UMinho | 2023 Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis Diogo Batista
Universidade do Minho Escola de Engenharia Diogo Paulo Almeida Batista Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis. Dissertação de Mestrado Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sistemas Mecatrónicos Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor Eurico Augusto Rodrigues Seabra Março de 2023
ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Atribuição-NãoComercial-CompartilhaIgual CC BY-NC-SA https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
iii Agradecimentos No decorrer do meu percurso académico tive a oportunidade de privar com várias pessoas e entidades que me fizeram desenvolver tanto a nível pessoal como profissional. Por isto, em primeiro lugar gostaria de agradecer à minha família, especialmente mãe, pai, irmã e avós, por acreditarem no meu potencial, pela paciência e apoio incondicional. À minha namorada, que me acompanhou durante todo o percurso universitário, e me deu o suporte necessário para seguir os meus projetos, a perseverança com que abordas a tua vida profissional sempre foi uma enorme motivação. Para além disto, gostaria de agradecer ao professor doutor Eurico Augusto Rodrigues de Seabra, orientador da dissertação, pelas suas críticas construtivas, interesse genuíno e sugestões sempre que solicitadas. Por fim, gostaria de deixar uma palavra de agradecimento à empresa Maia & Borges, pela possibilidade de desenvolver este tema de dissertação na minha área preferida da engenharia mecânica e, em especial, ao senhor Fernando Silvano, gestor de qualidade da empresa, pelo esclarecimento de dúvidas que iam surgindo no decorrer do projeto.
iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho.
v Resumo A etiquetagem de produtos tem vindo a provar-se como um dos fatores que pode fazer a diferença no mercado altamente competitivo da atualidade. Esta, muitas vezes confundida com o logótipo da marca, apresenta-se de formas distintas, desde a atratividade das combinações de cores de uma embalagem à harmonia visual da exatidão com que estas conseguem ser colocadas na mesma secção de um produto. A automatização desta parte do processo de produção, para além da influência na cadência de produção e qualidade de vida de operários, faz-se notar na repetibilidade com que se consegue desempenhar a função para a qual foi projetada. O objetivo da presente dissertação é desenvolver um sistema de etiquetagem capaz de aplicar etiquetas em ambas as faces de um rolo de sacos de plástico. Numa das faces deverá ser aplicada a etiqueta individual em cada saco e, na face oposta, é aplicada a etiqueta de conjunto que identifica um total de cinco sacos. Este processo é feito exclusivamente de forma manual e, devido ao aumento das necessidades produtivas, a empresa Maia & Borges pretende automatizá-lo. Para a elaboração do sistema recorreu-se, inicialmente, à elaboração da revisão de literatura, de modo a perceber como se desenvolveram as embalagens e as etiquetas até ao contexto atual. Seguidamente, elaborou-se um estudo do mercado para reunir informações como os métodos de aplicação presentes na indústria e os elementos constituintes de uma máquina de etiquetagem. Estudaram-se, ainda, mecanismos de controlo de tensão, já que estes impactam a qualidade da aplicação da etiqueta. Posteriormente, fez-se um estudo referente à atual produção da empresa, definindo-se métodos organizacionais que contribuem para o aumento da mesma. Foi possível, ainda, calcular o aumento necessário da produção para alcançar os objetivos da empresa. Para o desenvolvimento de soluções do projeto, começou-se pela árvore de objetivos, diagrama de funções, estabelecimento das especificações do produto e mapa morfológico, chegando-se a uma solução conceptual final que foi complementada com a escolha e dimensionamento dos motores e sensores que constituem o sistema. Posto isto, foi feita a modelação da máquina, os desenhos técnicos dos componentes e a explicação de cada um dos sistemas que a constitui. Por fim, a partir do Grafcet do funcionamento do equipamento, elaborou-se um programa para PLC em linguagem Ladder para o controlo do funcionamento de todo o sistema de etiquetagem. A principal especificação do projeto foi a etiquetagem individual dos sacos que, para além de conseguida com uma cadência de produção acima do esperado, foi complementada com a etiquetagem do conjunto dos sacos de plástico. PALAVRAS-CHAVE: Etiquetagem, Projeto, Modelação, Grafcet, Ladder.
vi Abstract Product labelling has been proving to be one of the factors that can make a difference in today's highly competitive market. Despite being often mistaken for the brand logo, it reveals itself in diverse aspects, namely in the attractiveness of the colour combination of a package and in the visual harmony of the product arrangement within each section. The automation of this part of the production process not only addresses the repeatability with which it can be performed but also has a favourable effect on the production pace and quality of life of the workers. The aim of the present dissertation is to develop a labelling system capable of applying labels to both sides of a plastic bag roll. The individual label should be applied to each bag on one side and the set label, which identifies a total of five bags, on the other side. The company Maia & Borges intends to optimise this process as it is completely manual and also because there has been an increase in production needs. It was initially decided to create a literature review for the system in order to understand how packaging and labels have evolved up to the present day. Next, a market study was conducted to gather information such as the application methods present in the industry and the constituent elements of a labeling machine. Tension control mechanisms were also studied, as they impact the quality of the label application. Afterwards, a study was made concerning the company's current production, defining the organizational methods that contribute to its increase. It was also possible to calculate the production increase needed to achieve the company's goals. The project's development started with the objectives tree, the function diagram, the establishment of the product specifications, and the morphological map, arriving at a final conceptual solution that was complemented with the choice and sizing of the motors and sensors that constitute the system. After this, the machine was modeled, with technical drawings of the components and an explanation of each of the systems that comprise it. Finally, from the standpoint of the equipment's operation, a PLC program was developed in ladder language to control the operation of the entire labeling system. The main specification of the project was the individual labeling of the plastic bags, which, besides being achieved at a production rate above expectations, was complemented by the group labeling of all the plastic bags. KEY WORDS: Labeling, Design, Modeling, Grafcet, Ladder.
vii Índice Agradecimentos .................................................................................................................................. iii Resumo............................................................................................................................................... v Abstract.............................................................................................................................................. vi Índice ................................................................................................................................................ vii Índice de figuras .................................................................................................................................. x Índice de tabelas ............................................................................................................................... xv Índice de abreviaturas, siglas e acrónimos ......................................................................................... xvi 1. Introdução .................................................................................................................................. 1 1.1. Enquadramento do trabalho ................................................................................................ 1 1.2. Definição de objetivos .......................................................................................................... 2 1.3. Estrutura da dissertação ...................................................................................................... 2 1.4. A empresa .......................................................................................................................... 4 1.4.1. Contextualização histórica da empresa ......................................................................... 4 1.4.2. Processo de produção da empresa .............................................................................. 6 1.4.3. Áreas suscetíveis a melhorias .................................................................................... 10 2. Fundamentação teórica ............................................................................................................. 11 2.1. Revisão de literatura da etiquetagem ................................................................................. 11 2.2. Estudo do mercado ........................................................................................................... 14 2.2.1. Tipos de máquinas de etiquetagem ............................................................................ 16 2.2.2. Métodos de aplicação ................................................................................................ 20 2.2.3. Elementos constituintes de uma máquina de etiquetagem .......................................... 21 2.3. Motores elétricos incorporados no projeto .......................................................................... 22 2.4. Sensores de distância ....................................................................................................... 23
xiv Figura 106 - Defeito de produto possível originado pelo cálculo errado da tensão a ser aplicada. ..... 165 Figura 107 - Zonas onde a tensão deve ser controlada. ................................................................... 167 Figura 108 - Mecanismo de desenrolamento na primeira zona de controlo do material. ................... 168 Figura 109 - Representação de um esquema de um sistema de malha aberta. ................................ 169 Figura 110 -Representação de um esquema de um sistema de malha fechada. .............................. 169 Figura 111 - Controlador de tensão - braço pivot (malha aberta). ..................................................... 171 Figura 112 - Controlador de tensão – ultrassom (malha aberta). ..................................................... 172 Figura 113 - Controlador de tensão - calculador do raio (malha aberta). .......................................... 173 Figura 114 - Controlador com um rolo pivot (malha fechada). ......................................................... 175 Figura 115 - Controlador com célula de carga (malha fechada). ...................................................... 176 Figura 116 - Combinação dos controladores de malha aberta e fechada. ......................................... 177 Figura 117 - Modelação de um possível conjunto de desenrolamento. ............................................. 178 Figura 118 - Modelação de um conjunto de enrolamento, composto pela sua base e uma chave que mantém a fita ao centro. ................................................................................................................ 179 Figura 119 - Modelação de um conjunto do rolo de acionamento e rolo de pressão. ........................ 180 Figura 120 - Motor de passo [47]. ................................................................................................... 181 Figura 121 – Servomotores [48]. .................................................................................................... 181 Figura 122 – Relação entre impulsos e velocidade do motor. Adaptado de [13]. .............................. 182 Figura 123 - Representação da função da placa de separação. ........................................................ 183 Figura 124 - Primeira parte do processo de etiquetagem auxiliado pelo tubo assistente de ar. ......... 184 Figura 125 - Segunda parte do processo de etiquetagem auxiliado pelo tubo assistente de ar. ......... 184 Figura 126 - Composição da fita de um rolo de etiquetas. ............................................................... 186 Figura 127 - Sensores fotoelétricos [50]. ......................................................................................... 187 Figura 128 - Tira que se pretende que seja detetada pelo sensor..................................................... 187 Figura 129 - Exemplo de sistema de desenrolamento com braço pivot incorporado. Adaptado de [52]. ...................................................................................................................................................... 189 Figura 130 - Ajustes presentes num sistema de posicionamento. Adaptado de [53]. ........................ 190 Figura 131 - Influência de um ajuste vertical na etiquetagem de um produto. .................................. 190 Figura 132 - Influência de um ajuste horizontal na etiquetagem de um produto. .............................. 191 Figura 133 – Desenho técnico onde se representa a amplitude do eixo do sistema de inclinação [54]. ...................................................................................................................................................... 191 Figura 134 - Influência de um ajuste de inclinação na etiquetagem de um produto. ......................... 192
xv Índice de tabelas Tabela 1 - Exemplos de aplicações utilizadas atualmente na indústria para aplicação de etiquetas [10]. ........................................................................................................................................................ 15 Tabela 2 - Exemplo proposto de produção face aos números apresentados. ...................................... 26 Tabela 3 - Estudo da produção da empresa no ano de 2022. ............................................................ 27 Tabela 4 - Dados da produção de cada tipo de saco. ......................................................................... 28 Tabela 5 - Metros etiquetados por minuto para cada tipo de saco. ..................................................... 30 Tabela 6 – Lista de subobjetivos ....................................................................................................... 33 Tabela 7 - Organização da lista de subobjetivos por ordem de prioridade. .......................................... 34 Tabela 8 - Descrição das subfunções do diagrama de funções........................................................... 38 Tabela 9 - Lista de especificações de um produto.............................................................................. 41 Tabela 10 - Mapa morfológico. .......................................................................................................... 44 Tabela 11 - Panorama geral dos motores. ......................................................................................... 62 Tabela 12 - Especificações do motor de passo da máquina de etiquetagem individual [21]. ............... 63 Tabela 13 - Especificações do motor de passo da máquina de etiquetagem de conjunto [21]. ........... 65 Tabela 14 - Especificação dos motores servo das máquinas de etiquetagem [22]. ............................. 66 Tabela 15 - Especificação dos motores servo da máquina que movimenta os sacos. ......................... 67 Tabela 16 - Capacidade dos diferentes tipos de rolamentos suportarem as cargas (Gomes & Dourado, 2019). .............................................................................................................................................. 78 Tabela 17 - Resultados obtidos para o dimensionamento da mola helicoidal de tração. ...................... 85 Tabela 18 - Comparação entre sistemas da máquina de etiquetagem de conjunto e máquina de etiquetagem individual. ................................................................................................................... 101 Tabela 19 - Diferenças entre motor de passo e servo motor [38]. .................................................... 160
xvi Índice de abreviaturas, siglas e acrónimos Abreviatura Significado A.C. Antes de Cristo D.C. Depois de Cristo SI Sistema internacional PSD Position sensitive detector IRED Infrared LiDAR Light detection emitting diode 3D Tridimensional PLC Programmable logic controller
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 1 1. Introdução A presente dissertação de mestrado foi elaborada em parceria com a empresa Maia & Borges, Lda. dada a necessidade manifestada pela mesma de se automatizarem determinadas partes do processo de produção. Depois de uma análise em conjunto com os profissionais da empresa, chegou-se à conclusão de que o projeto que faria mais sentido para ambas as partes seria na parte do embalamento, nomeadamente, na etiquetagem dos sacos de plástico em que são armazenadas as figuras, dada a singularidade do problema, isto é, não era possível encontrar soluções pré-concebidas para o mesmo e a elaboração de um projeto específico por parte de outra entidade empresarial revelar-se-ia um custo acrescido. Para além disto, o facto de se estar perante um tema desafiante influenciou a escolha do mesmo. Assim sendo, pretende-se, neste documento, demonstrar todo o trabalho desenvolvido até que se alcançasse uma solução fiável para o tema proposto, o ‘’ Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis’’. 1.1. Enquadramento do trabalho Num contexto empresarial cada vez mais competitivo mundialmente, há uma constante necessidade das próprias empresas conseguirem, cada vez mais, mais e melhor. Em termos produtivos, especialmente com a chegada da Indústria 4.0, a automatização dos processos industriais pode fazer a diferença entre a expansão e o fim de determinados negócios, mas não só, para além da necessidade constante na evolução da produção, é necessário que o produto final obtido seja uma representação da marca em si, melhorando-se detalhes e garantindo que este é tão fiel ao projeto quanto possível. Para além das melhorias óbvias em termos produtivos, a implementação de processos automatizados dentro de uma empresa manifestam-se na melhoria da qualidade de vida de alguns operários que têm de se sujeitar a elevadas temperaturas, ruído e, por vezes, podem resultar lesões derivadas das condições de trabalho a que estes estão sujeitos. Problemas de fabrico e danos em determinadas peças também são frequentes graças ao elemento ‘’falha’’ inerente ao ser humano, que são impossíveis de ser zerados, algo que não se manifesta num equipamento industrial projetado para uma função específica.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 2 A empresa Maia & Borges, que se encontra em expansão, percebe a tamanha importância e vantagem competitiva associada à automatização dos processos de produção e é por isto que será desenvolvido um equipamento de etiquetagem capaz de satisfazer as necessidades futuras da empresa. 1.2. Definição de objetivos A presente dissertação tem como objetivo desenvolver um sistema automatizado de etiquetagem fiável, simples e com uma boa relação em termos de custo-benefício do projeto. Atualmente, o processo de etiquetagem é feito manualmente pelos operários da empresa, o que tanto em termos monetários como a níveis produtivos não satisfaz as necessidades da empresa. No processo atual, os operários têm de cortar os sacos de plástico em conjuntos de cinco, uma vez que é desta forma que os produtos são encaminhados para o cliente, depois disto, tem de se dar dois tipos de etiquetagem: a etiquetagem individual (em cada saco do conjunto de cinco deve ser aplicada uma etiqueta) e a etiquetagem de conjunto (uma etiqueta geral colocada no terceiro saco do conjunto de cinco, desta vez na face oposta do saco). O objetivo passa, então, por automatizar o processo descrito no período transato. A implementação deste projeto revelar-se-á uma mais-valia, não só por eliminar os erros e danos inevitáveis da falha humana, como também por permitir que a empresa se posicione melhor no mercado dada a tamanha competitividade do setor em questão, uma vez que se perspetiva um aumento de produção muito significativo. 1.3. Estrutura da dissertação A presente dissertação foi dividida em sete capítulos, divididos de forma a formarem um fio condutor que permita simplificar de que forma se chegou à solução final. A dissertação inicia-se com uma introdução do trabalho realizado. Esta é composta pelo enquadramento, onde se faz uma análise geral da importância dos processos automatizados e, para além disto, enumeram-se algumas vantagens da passagem de um processo manual para um processo automático. Para além deste, está presente nesta introdução o objetivo da dissertação e a estrutura da mesma. No primeiro capítulo encontra-se, também, a contextualização histórica da empresa. Neste, estão presentes os diversos passos que fizeram com que a empresa tivesse crescido no mercado no decorrer dos anos e elabora-se um pouco sobre os ideias da mesma e as suas perspetivas futuras. Seguidamente, é descrito
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 3 pormenorizadamente o processo de produção atual da empresa, elaborando-se em cada uma das seis fases de produção. No final do capítulo encontra-se um subcapítulo referente às áreas em que a empresa pretendia implementar melhorias. No segundo capítulo é realizada a fundamentação teórica de toda a dissertação. Inicialmente, aborda-se a revisão de literatura. Primeiramente é abordado o estado de arte da etiquetagem, de forma a se perceber como foram evoluindo as etiquetas e rótulos ao longo dos anos. Para além disto, no segundo capítulo é elaborado um estudo pormenorizado do mercado da etiquetagem. Neste, começa-se, inicialmente, por se falar dos tipos de máquinas de etiquetagem existentes no mercado, desde sistemas semiautomáticos à distinção entre máquina automática de etiquetagem horizontal e vertical. Para além disto, neste capítulo é feita uma abordagem às principais características das máquinas que se encontram atualmente no mercado e os tipos de aplicações utilizadas atualmente na indústria. Estudam-se, inclusive, os métodos de aplicação de etiquetas que se consideram mais importantes tendo em conta as necessidades do projeto. Para terminar o capítulo da fundamentação teórica, faz-se a distinção entre servo motores e motores de passo, para que se averigue quando cada um destes deve ser utilizado. No terceiro capítulo foi realizada uma análise relativa à produção atual da empresa. Esta, foi baseada num estudo que se fez ao longo do ano de 2022 e permitiu calcular os números de sacos etiquetados por semana e compará-los com a produção prevista e produção futura ideal. No quarto capítulo é apresentado o desenvolvimento de soluções, que tem o propósito de definir os objetivos concretamente e, posteriormente, chegar-se a uma solução conceptual final. Para tal, é inicialmente elaborada a clarificação e estabelecimento dos objetivos do projeto, a árvore de objetivos, o diagrama de funções, o estabelecimento das funções do produto e, por fim, apresenta-se o mapa morfológico do sistema de etiquetagem e a escolha de cada solução para a sua subfunção correspondente. No quinto capítulo é realizado o dimensionamento para cada um dos seis motores elétricos que constituem o sistema e faz-se, também, a escolha do tipo de sensor de distância escolhido. Posto isto, são apresentadas as diversas modelações que constituem o sistema de etiquetagem e faz-se também a explicação de cada um dos sistemas do sistema projetado. Optou-se por fazer uma divisão entre máquinas, por isto, inicialmente é realizada a explicação da parte estrutural das máquinas de etiquetagem e dos sistemas que constituem a máquina de etiquetagem individual, fazendo-se o mesmo
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 4 para a máquina de etiquetagem de conjunto. Por fim, é apresentada a máquina responsável pelo movimento dos sacos. O sexto capítulo conta com o Grafcet do funcionamento da máquina e posterior programação em linguagem LADDER, por forma a que seja possível programar um PLC que controle o sistema de etiquetagem num todo e da forma pretendida. No sétimo capítulo são elaboradas as conclusões finais referentes à dissertação de mestrado realizada nos capítulos prévios e os trabalhos futuros que devem ser realizados. A dissertação é complementada com três anexos. No primeiro encontra-se a programação necessária para a etiquetagem dos sacos em conjuntos de três. No segundo anexo apresentam-se diversos pontos que complementam a fundamentação teórica do segundo capítulo, como partes constituintes de uma máquina de etiquetagem, mecanismos do controlo de tensão da fita, estudo relativo aos motores elétricos e sensores de distância. Por fim, no terceiro anexo, estão presentes os desenhos técnicos de cada um dos componentes que compõem o sistema final de etiquetagem, bem como respetivo toleranciamentos. 1.4. A empresa O presente capítulo destina-se à apresentação da empresa onde vai ser desenvolvido o projeto. Inicialmente irá ser feita uma contextualização histórica e, posteriormente, realizar-se-á a enumeração dos passos que compõem o processo de produção. No final do capítulo, são mencionadas as áreas em que a empresa pretende aumentar a sua cadência de produção, podendo todas ser sujeitas à automatização do projeto correspondente. 1.4.1. Contextualização histórica da empresa A empresa escolhida para o desenvolvimento da presente dissertação foi a MAIA & BORGES. Esta, fundada 18 de junho de 1976, é a única empresa portuguesa que se devota à criação de brinquedos em PVC com uma pintura de elevada qualidade. Para garantir que a característica primordial é a qualidade, utilizam-se na empresa diversas técnicas de pintura, nomeadamente tampografia e pintura à pistola [1]. A produção é, historicamente, focada no mercado externo sendo 99% desta encaminhada para algumas das maiores potências do mundo, como é o caso da Alemanha, Estados Unidos da América, Dubai, França, entre outros. Por isto, a empresa tem vindo a ter um crescimento a nível de reconhecimento no
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 5 estrangeiro, não sendo tão percetível a nível nacional, mesmo que parte da produção seja revendida para Portugal [1]. A empresa possui como lema ‘’qualidade e seriedade’’, a isto alia-se a constante vontade de crescer, aperfeiçoar e renovar. Todo o projeto está ao cuidado da empresa, contando, de modo geral, com os seguintes passos [1]: • Elaboração do protótipo; • Molde; • Injeção em plástico; • Pintura; • Embalamento; • Etiquetagem; • Expedição. No subcapítulo 1.4.2, tal é abordado com maior detalhe. Em 2009, foi fundada a NIMAIA (empresa de injeção, que contém uma oficina de moldes), para que a produção não dependesse de nenhum produtor externo, garantindo assim a autonomia da MAIA & BORGES. Para além disto, a MAIA & BORGES, pretendendo crescer continuamente no mercado, optou por fundar uma segunda base na Guarda (em 2020), procurando dar resposta à tamanha demanda dos compradores [1]. Na sua totalidade, a empresa emprega 265 funcionários, sendo 125 destes empregados na base principal da Maia, 120 na segunda base da Guarda e 20 na NIMAIA. Os pontos de especialização fulcrais da empresa apresentam-se seguidamente [1]: • Impressão 3D; • Injeção PVC; • Fundição de moldes (Casting e CNC); • Pintura à pistola e à mão; • Tampografia; • Montagem (assembling); • Embalagem.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 6 Relativamente à segurança e qualidade, a MAIA & BORGES, sendo um fabricante de brinquedos, garante que estes são desenvolvidos em materiais não tóxicos, bem como tem de ter atenção redobrada à forma do brinquedo [1]. Figura 1 - Vitrine com algumas figuras produzidas pela empresa ao longo dos 35 anos de laboração [1]. Sendo esta uma empresa que pretende aumentar a sua produção e com perspetivas futuras, é dado o devido destaque à sustentabilidade. Neste sentido, prevê-se que a empresa consiga obter o certificado ISO 9001 e, posteriormente, ISO 14001. É possível verificar esta ‘’caminhada’’ para a sustentabilidade na mudança de rotina do processo de produção, onde se verificou um investimento em tintas novas à base de água e manipulação de novos materiais e compostos para posteriormente se conceberem as figuras [1]. 1.4.2. Processo de produção da empresa A MAIA & BORGES conta atualmente com uma série de passos até que se chegue à expedição do produto. Tendo isto em consideração, é essencial para o desenvolvimento da dissertação que estes sejam compreendidos para que o resultado obtido seja eficiente e passível de gerar interações entre os diversos passos da produção, caso seja visto como benéfico. Assim sendo, o presente capítulo destina-se à elaboração e explicação dos diversos passos que compõem o processo produtivo dos brinquedos. O primeiro passo passa pela elaboração do protótipo. O produto em questão, sendo um brinquedo, tem a obrigação de ser atrativo e causar intriga ao consumidor. Assim, esta fase revela-se essencial quando um novo produto é adicionado à produção da empresa. A criatividade do projetista deve ser bem aproveitada e é fulcral para que a empresa se destaque num mercado tão competitivo quanto o dos brinquedos.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 7 O segundo passo é composto por duas componentes. A primeira é o fabrico dos moldes para cada referência, isto é, cada figura produzida, e a segunda é a posterior injeção do PVC nos moldes em questão. Se a peça preencher os requisitos no que à qualidade diz respeito seguirá para o próximo passo depois de se fazer a sua limpeza/lavar a peça, tal como se demonstra na figura 2. Figura 2 - Lavagem e preparação das figuras para pintura. O terceiro passo é um dos mais complexos deste processo e também um dos mais importantes, este refere-se à pintura das peças. Este é dividido também em duas partes: • Pintura geral do brinquedo (presente na figura 3) com o auxílio de uma pistola convencional de pintura, realizada em cabines destinadas para este fim, em que está incorporado um software que tem o objetivo de contar as peças que são pintadas e ao mesmo tempo monitorizar se o objetivo para este passo da produção está a ser cumprido em cada cabine; Figura 3 - Pintura geral do brinquedo com o auxílio de uma pistola convencional [1].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 14 inventada e em 1984 foi criada a impressora a laser. Em 1990, introduziram-se novas impressoras no mercado, denominadas impressoras digitais [4]. Com a evolução da tecnologia de impressão, as etiquetas foram sujeitas a uma série de mudanças nos últimos três séculos. Atualmente, já começam a existir etiquetas mais minimalistas que se focam em passar uma mensagem mais direta ao consumidor ao invés de tentar vender o produto apenas com a sua embalagem. As marcas começaram a utilizar mais o espaço branco e designs mais limpos, por forma a que o produto se destaque ao invés do rótulo [7]. Atualmente, a complexidade e constante mudança da regulamentação dos rótulos exige trabalhadores especializados e atualizados [6]. Hoje em dia, a maior parte das impressões são realizadas através de uma derivação de impressoras digitais, e, por isto, a maioria das novas tecnologias tratarão de alargar as aplicações para digital. Como exemplo, as novas impressoras de tinta a jato utilizam cabeças de impressão de longa duração que são tão boas ou melhores em termos de velocidade de impressão, qualidade e relação qualidade-preço que uma impressora a laser. Para além disto, inovações como novos materiais para serem rotulados permitem que os rótulos possam ser explorados em termos de criatividade e aplicados nos mais diversos locais como diretamente em embalagens do produto ou até gravados em metal [8]. A investigação constante e as inovações que surgem todos os anos nesta indústria da etiquetagem não se manifestam apenas em eficiência, mas também em precisão, flexibilidade e amplificação do que pode ser comunicado na etiqueta [8]. 2.2. Estudo do mercado Para a elaboração de possíveis soluções para o problema é necessário realizar um estudo do mercado, para que se consiga ver em que ponto este se encontra e maneiras de se adaptarem máquinas de etiquetagem existentes ao problema em questão. Os sistemas de aplicação de etiquetas atuais contam com uma variedade de aplicações significativa e possibilidade de aplicação em embalagens flexíveis, semi flexiveis e rígidas. Estes sistemas devem ser robustos e, na maioria dos casos, contêm etiquetas autoadesivas previamente impressas para se colarem diretamente no produto. As máquinas etiquetadoras que se destacam no mercado contam com uma série de características que se encontram seguidamente apresentadas [9]:
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 15 • Máquinas bastante precisas, capazes de colar rótulos com desvios inferiores a 1mm; • Possuem uma gama de velocidades ajustável e destacam-se pelas velocidades altas a que conseguem rotular os produtos eficazmente. Dada a tamanha velocidade, não é necessária mão de obra quase nenhuma, reduzindo assim os custos; • Possuem vários métodos de aplicação que serão explicados no subcapítulo 2.2.2 e anexo II; • Facilmente integráveis na maioria dos sistemas produtivos; • Silenciosas e eficientes em termos energéticos; • Podem aplicar etiquetas em formas irregulares e também podem ser ajustáveis para aplicações simples, aplicações duplas, aplicações triplas e aplicações em arestas [9] Os principais tipos de aplicação estão presentes na tabela 1. Tabela 1 - Exemplos de aplicações utilizadas atualmente na indústria para aplicação de etiquetas [10]. Tipo de aplicação Exemplo ilustrativo Aplicação simples Aplicação dupla Aplicação tripla Aplicações em arestas
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 16 Tabela 1 - Exemplos de aplicações utilizadas atualmente na indústria para aplicação de etiquetas (continuação) [10]. Tipo de aplicação Exemplo ilustrativo Aplicações envolventes Os sistemas de etiquetagem foram desenvolvidos, tal como o próprio nome indica, para aplicar etiquetas já previamente impressas em qualquer produto que seja necessário ser identificado. Existem duas maneiras de se apresentarem etiquetas no mercado. A primeira é através do uso de um código de barras a preto e branco que permite identificar o produto de forma simples e prática com códigos em uma ou duas dimensões. A segunda, consiste em etiquetas com diversas cores, já mais complexas, que chamam mais a atenção do cliente e, assim, são mais atrativas para o utilizador do produto. Estas soluções de etiquetagem encontram-se presentes no mercado de diversos modos, uma vez que cada produto tem a sua particularidade [11]. Por sua vez, possuir um sistema de etiquetagem funcional e o mais otimizado possível permite diminuir as diversas falhas relativas a esta parte do processo produtivo como, por exemplo, a demora das entregas que pode ser diminuída se o sistema de etiquetagem não possuir falhas que façam com que produtos sejam encaminhados para trás por não serem os pretendidos. 2.2.1. Tipos de máquinas de etiquetagem Os sistemas de etiquetagem podem ser divididos em três tipos: • Sistemas de etiquetagem manuais, presente na Figura 8, baseiam-se na impressão das etiquetas para serem colocadas manualmente em produtos individuais; Figura 8 - Etiquetadora manual portátil [12].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 17 Estes possuem fraca exatidão na aplicação de etiquetas, uma vez que o posicionamento é feito por um operário na totalidade, mas, em contrapartida, são muito económicos. • Sistemas de etiquetagem semiautomáticos, como o presente na Figura 9 funcionam com a ajuda de um operador, daí serem semiautomáticos. No caso da figura seguinte, para que se aplique cada etiqueta, este deve colocar a garrafa que pretende etiquetar no sítio correto (no caso em questão, entre os dois rolos mais escuros da máquina) e, depois disto, ativar o motor para que se proceda à etiquetagem desta mesma garrafa. Vale relembrar que apenas uma etiqueta é dispensada de cada vez que o motor é ativado; Figura 9 - Máquina de etiquetagem semiautomática de garrafas. Adaptado de [13]. Algumas vantagens do uso de uma máquina semiautomática de etiquetagem são: ▪ Mais rápidas e precisas que as etiquetadoras manuais; ▪ Alternativas económicas de um sistema de etiquetagem; ▪ Máquinas facilmente portáteis; ▪ Boa exatidão aquando da colocação da etiqueta. A principal desvantagem é que são mais lentas do que as automáticas e necessitam de auxílio por parte de um operário. • Sistemas de etiquetagem totalmente automáticos, como o presente na Figura 10, em que uma máquina possui as etiquetas e aplica-as nos produtos que estão a passar na linha de produção através de, por exemplo, tapetes rolantes.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 18 Figura 10 - Máquina automática de etiquetagem [14]. Por norma, estes sistemas de etiquetagem encontram-se no fim de uma linha de produção, ocorrendo então a possibilidade de se integrarem no processo produtivo, na maior parte das vezes isto ocorrerá depois do embalamento [11]. Faz-se, também, uma distinção feita entre máquinas automáticas de etiquetagem vertical e horizontal. Estas diferenciam-se pelo sentido em que a etiqueta é aplicada, ou seja, o sentido do eixo dos rolos. Se o rolo for colocado de lado a máquina é horizontal, se for colocado com a base apoiada no sentido da gravidade diz-se máquina vertical. A máquina representada na Figura 11 é do tipo horizontal. E tem como vantagens a versatilidade, facilidade de instalação, o volume menor e uma relação melhor qualidade/preço. Como desvantagens apresenta o facto de ter uma calibração um pouco mais demorada e ser menos robusta. Figura 11 – Máquina de etiquetagem horizontal. Adaptado de [13].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 19 Na Figura 12, apresenta-se uma máquina de etiquetagem do tipo vertical, estas diferenciam-se das máquinas de etiquetagem horizontais apenas pela direção de aplicação da etiqueta. As máquinas de etiquetagem do tipo vertical têm rolos, tal como o próprio nome indica, verticais, para além disto são bastante mais robustas, permitindo assim menos vibrações e, em consequência disto, uma exatidão melhor na colocação da etiqueta. Ainda assim, têm tendência a serem mais caras e a não serem tão eficientes relativamente à otimização do espaço. Figura 12 – Máquina de etiquetagem vertical. Adaptado de [15]. Uma vez que se abordaram os sistemas automáticos de etiquetagem é essencial abordar os sistemas que transportam os produtos que são etiquetados, uma vez que é a junção destes dois que forma um sistema de etiquetagem automático. Estes sistemas podem ou não ter movimento contínuo, dependendo do tipo de máquina que aplica a etiqueta. Algumas precisam que o produto pare para que sejam aplicadas as etiquetas, no caso de precisarem de ter contacto com o próprio produto para colar a etiqueta. Outras, não requerem a paragem do sistema. Faz-se, também, uma distinção relativa à forma como os produtos, antes de serem etiquetados, alimentam este sistema. Se o modo de operação for em linha os produtos são alimentados automaticamente à máquina e se for um modo de operação fora de linha estes têm que se colocados no sistema que os transporta.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 20 O sistema que transporta os produtos é, normalmente, um tapete rolante. No entanto, para o caso de se precisarem de etiquetar sacos de plástico, é necessário criar um sistema que contenha rolos (parecido ao de uma máquina de etiquetagem) para que estes se possam mover com maior eficácia e promover uma melhor aplicação da etiqueta (sem rugas), algo que poderia acontecer se fossem transportados por tapetes rolantes. Sistemas como estes aumentam ainda mais a exatidão da aplicação da etiqueta e facilitam a calibração da mesma no produto. 2.2.2. Métodos de aplicação Relativamente a métodos de aplicação, serão apresentados seguidamente alguns dos métodos que hoje estão presentes no mercado dos sistemas de etiquetagens. Existem, atualmente, vários tipos de sistemas com diversas opções de aplicação das etiquetas/rótulos, os métodos que se apresentam como possíveis soluções para a aplicação das etiquetas encontram-se presentes no presente capítulo. Para além destes, foram estudados outros métodos que se encontram no anexo II. Método Wipe-On Este método, apresentado na Figura 13, não necessita de ar comprimido e pode ser aplicado em qualquer face de uma embalagem desde que a sua superfície seja plana. Para além disto, não é necessário que o produto pare para que ocorra a aplicação da etiqueta, uma vez que esta avança com a mesma velocidade do tapete rolante que transporta a embalagem. Neste método, como não existem partes móveis, o desgaste e manutenção são reduzidos substancialmente [10]. Figura 13 - Ilustração do método Wipe-On . Adaptado de [10].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 21 Método blow-on Este método representa-se na Figura 14 e não requer contacto direto com os produtos já que a aplicação da etiqueta é feita por sopro do ar. É diferente do método tamp-blow porque, neste caso, não há movimento do braço, ou seja, o tampo mantém-se numa posição fixa. Este método não requer a paragem dos produtos e para reduzir os custos pode-se ter só uma caixa de ar designada por blow-box [10]. Figura 14 - Ilustração do método Blow-On . Adaptado de [10] 2.2.3. Elementos constituintes de uma máquina de etiquetagem Para que uma máquina de etiquetagem consiga desempenhar a sua função sem falhas, como por exemplo rugas/vincos nas etiquetas ou sobrealimentação do rolo de etiquetas, é necessária a presença de determinados elementos essenciais. Este subcapítulo destina-se a fazer uma apresentação mais profunda dos elementos que compõem uma máquina de etiquetagem e de que maneira estes são úteis. Uma máquina de etiquetagem é, independentemente da complexidade, composta por quatros grupos: • Parte central, também conhecida como cabeça da máquina de etiquetagem, composta pela maioria dos elementos que formam a máquina. Esta é responsável pelo desenrolamento e posterior enrolamento do rolo de etiquetagem. Para além disto, é ao longo desta que o rolo de etiquetas está disposto, sendo a plataforma onde este está pousado. Os componentes que se destinam a realizar a tensão das etiquetas pertencem a este grupo; • Aplicador de etiquetas, este é o componente responsável apenas por aplicar a etiqueta. Ou seja, depois da parte central fornecer a etiqueta existe um vasto número de opções que possibilitam a aplicação destas, dependendo do cada caso, tal como demonstrado no subcapítulo 2.2.2 e anexo II (método wipe-on , método blow.on , método t amp-blow ,…). Assim, o aplicador de
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 22 etiquetas é, no fundo, um possível conjunto de componentes necessários para, depois de fornecida a etiqueta pela placa de separação, a etiqueta ser aplicada no produto pretendido; • Sensores da máquina, são o conjunto de sensores necessários para desempenhar a função da forma mais fiável possível; • Sistemas de posicionamento, estes são os sistemas que permitem colocar a placa de separação alinhada com o produto a ser etiquetado. Pode englobar movimentos verticais, horizontais e de inclinação. Depois de descritos todos os grupos de uma máquina de etiquetagem de forma geral, é importante proceder à enumeração de cada um dos componentes que os pode compor, bem como realizar uma análise minuciosa destes. A análise mencionada foi realizada e encontra-se presente no anexo II do presente documento. 2.3. Motores elétricos incorporados no projeto Foi realizada, para a escolha dos motores que poderiam incorporar o projeto, a fundamentação teórica dos diversos motores elétricos existentes no anexo II. Depois de enumerados os tipos gerais de motores, importa fazer uma análise de alguns motores em particular que vão mais ao encontro das necessidades do projeto. São estes os motores de passo e os servo motores. Uma máquina de etiquetagem tem sempre no seu projeto um destes tipos de motores graças à repetibilidade que estes podem oferecer nas suas operações. No caso específico do projeto em questão, é imperativo que o motor de acionamento (responsável pelo transporte das etiquetas até à sua aplicação) tenha um controlo preciso, possa ter um movimento de rotação exato e faseado, isto é, capaz de ter um movimento angular fixo. • Motor de passo Um motor de passo é um motor de corrente contínua sem escovas cuja rotação completa é dividida em vários passos equivalentes. Este motor completa uma rotação num determinado número de passos de graus fixos ao invés de ter um movimento de rotação contínuo, oferecendo deste modo grande precisão que é aproveitada em algumas áreas, nomeadamente robótica [16]. O motor funciona através de impulsos, cada impulso corresponde a um passo e a precisão do motor irá depender do número de passos executados por revolução. A velocidade do motor pode ser controlada através da aplicação de um comando de impulsos de frequência variável [16].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 23 São usados em máquinas industriais para o fabrico automático de produtos e máquinas CNC devido ao seu posicionamento preciso [16]. • Servo motor O servo motor é um tipo especial de motor responsável por puxar/empurrar ou elevar ou rodar um objeto num determinado ângulo específico. Pode funcionar tanto com uma fonte que o alimenta com corrente contínua ou alternada, sendo um motor simples com um controlador e múltiplas engrenagens por forma a aumentar o seu toque [16]. Normalmente, encontram-se na unidade de kg/cm, especificando desta forma o peso que o servo motor pode levantar a uma altura específica, naturalmente, a capacidade de levantamento de peso diminui com um aumento de distância [16]. O servo motor é constituído por engrenagens, um controlador, sensores e um sistema de feedback . O conjunto de engrenagens utiliza-se para diminuir a velocidade e aumentar significativamente o binário, o controlardor é utilizado para comparar o sinal de entrada (por exemplo, posição desejada) com o sinal do sensor (posição real do objeto) que é comunicado através do sistema de feedback . O controlador, depois, compara estes dois sinais e elimina o erro que existe entre eles, se este for o caso, rodando o eixo do motor. Os servo motores possuem três fios, dois são utilizados para fornecer alimentação elétrica e um para controlar a posição dos servos, fornecendo um sinal pulsante através de um microcontrolador que usa PWM (pulse widht modulation) [16] . 2.4. Sensores de distância O presente subcapítulo pretende estudar os diversos tipos de sensores de distância existentes no mercado. Um sensor de distância normalmente emite um determinado sinal (o tipo de sinal emitido irá definir o tipo de sensor de distância) e receciona este mesmo sinal, analisando de que forma este foi alterado. A mudança verificada pode dever-se ao tempo que demora o sinal a retornar ou à mudança de intensidade deste [17]. A Figura 15 demonstra de que modo o sensor escolhido irá ser colocado para que seja possível avaliar o comportamento do diâmetro do rolo de sacos de plástico. Os sensores de distância emitem um sinal e recebem-no para, a partir da mudança entre emissão e recessão, calcularem a distância do sensor ao objeto. Estes sinais podem ser de diferentes tipos (ultrassónicos, infravermelhos, LED, etc.).
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 30 Tabela 5 - Metros etiquetados por minuto para cada tipo de saco. Tipo de saco Metros etiquetados por minuto (Largura do saco × produção semanal do saco minutos produzidos por semana ) 0,12×41176 936,9 =5,245 (𝑚/min) 0,12×21471 488,7 =5,272 (𝑚/min) 0,149×51471 1171,8 =6,545 (𝑚/min) 0,176×4412 99,9 =7,773 (𝑚/min) Os valores calculados neste capítulo irão provar a sua utilidade quando se chegar à solução final. Quando se chegar a esse ponto, é possível comparar o número de etiquetas aplicadas atual com o número de etiquetas que a máquina poderá aplicar e, aí, pode-se fazer uma análise relativa à máquina que revela se esta está pronta para etiquetar as 13 milhões de peças que a empresa pretende vender no ano de 2023 para corresponder à procura dos seus clientes. 120 mm Saco M 170 mm 120 mm Saco S 131 mm Saco L 230 mm 149 mm Saco XL 231 mm 176 mm
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 31 Importante mencionar que a análise para a aplicação das etiquetas de conjunto não foi efetuada, uma vez que dados suficientes não foram fornecidos para este fim. A empresa não tinha dados sobre como esta etiquetagem de conjunto funcionava ao longo deste ano, não sendo possível obter o rácio definitivo entre sacos etiquetados em conjuntos de cinco ou em conjuntos de três.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 32 4. Desenvolvimento de soluções O presente capítulo tem como finalidade apresentar todo o trabalho efetuado até se chegar à solução conceptual final. Para que se chegue a este ponto, será necessário, primeiramente, proceder-se a uma clarificação dos objetivos do produto, depois elaborar-se a árvore de objetivos e, mais tarde, o diagrama de funções. Posto isto, elaborar-se-ão as especificações do produto e, por fim, o mapa morfológico, onde devem ser apresentadas várias soluções para cada subfunção que o projeto final terá de ter. 4.1. Clarificação e estabelecimento dos objetivos do projeto A elaboração de um projeto tende, por norma, a possuir um início repleto de requerimentos por parte do cliente, no entanto, estes podem ser expressos de forma pouco clara. Neste caso em particular, a empresa Maia & Borges sabia o que pretendia obter como produto final e, para ter a certeza que o projeto final seria o mais perto dos requisitos da firma possível, é essencial que sejam passados para os seus responsáveis cada um dos detalhes ou variantes associados às máquinas automáticas de etiquetagem para que, assim, consigamos definir corretamente o nível de generalidade do problema apresentado e, inclusive, propostas à empresa de como adaptar o seu processo de produção com vista a obter melhores resultados. Para tal, considera-se benéfico recorrer a alguns métodos apresentados seguidamente que adotam uma abordagem sistemática facilitando a definição e metodologia do projeto. 4.2. Árvore de objetivos O método da árvore de objetivos permite organizar os objetivos listados de maior para menor importância. Para além disto, é uma forma eficaz de apresentar cada um destes simplificadamente, proporcionando um entendimento mais fácil dos mesmos. Algo de peculiar no método da árvore de objetivos é a capacidade de este relacionar os diferentes objetivos, tornando percetível a maneira como estes interagem entre si. Seguidamente, na Tabela 6, encontra-se representada a lista de objetivos elaborada para a tarefa em causa, a automatização da linha de etiquetagem presente na empresa.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 33 Tabela 6 – Lista de subobjetivos Lista de objetivos do projeto Simplicidade Segurança Boa relação custo-benefício Versatilidade Capaz de etiquetar sacos de tamanhos diversos Tempo de inatividade reduzido Preço acessível Seguro para o operador Facilidade em trocar rolos de etiquetas Capacidade de detetar se a etiqueta é corretamente aplicada Facilidade em trocar rolos de plástico Boa cadência de produção Operação fiável Fácil manutenção Máquina robusta sujeita a poucas vibrações Etiquetadora de conjunto adaptável (etiquetar de 5 em 5 ou 3 em 3) Interface homem-máquina simples Capaz de se integrar no processo produtivo Capacidade de cortar sacos de plástico Tempo de implementação reduzido Capaz de satisfazer necessidades futuras Boas características operativas Após a elaboração da lista de objetivos do projeto é necessário reorganizá-la em conjuntos de objetivos de alto e baixo nível, ou seja, alguns objetivos têm um nível de importância mais significativo do que outros, o que faz com que haja a necessidade de dividi-los entre objetivos principais e secundários.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 34 Seguidamente, na Tabela 7, procede-se à organização referida, atribuindo a cada objetivo principal os respetivos subobjetivos que o tornam possível e, para além disto, fez-se a organização de cada um destes do mais para o menos relevante, dentro de cada conjunto. Tabela 7 - Organização da lista de subobjetivos por ordem de prioridade. Boa relação custo-benefício Simplicidade Segurança Boa Cadência de produção Boas características operativas Seguro para o operador Preço acessível Capaz de se integrar no processo produtivo Operação fiável Versatilidade Facilidade em trocar rolos de plástico Máquina robusta sujeita a poucas vibrações Detetar se a etiqueta é corretamente aplicada Facilidade em trocar rolos de etiquetas Tempo de inatividade reduzido Fácil manutenção Etiquetar sacos de tamanhos diversos Interface homem-máquina simples Satisfazer necessidades futuras Tempo de implementação reduzido Etiquetadora de conjunto adaptável (etiquetar de 5 em 5 ou 3 em 3) Cortar sacos de plástico Posto isto, será apresentada na Figura 19 a árvore de objetivos. Algumas notas importantes desta: • Da esquerda para a direita a ligação entre um objetivo e subobjetivo deve ser lida como um ‘’como?’’ uma vez que indica como um objetivo de nível superior pode ser alcançado; • Da direita para a esquerda a ligação entre dois objetivos deve ser lida como um ‘’porquê?’’ uma vez que indica o porquê de se optar por se acrescentar um objetivo de nível inferior.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 35 Sistema automatizado de etiquetagem versátil, simples, seguro e com boa relação custobenefício Simplicidade Capaz de se integrar no processo produtivo Tempo de implementação reduzido Boas características operativas Facilidade em trocar rolos de etiquetas Facilidade em trocar rolos de plástico Fácil manutenção Interface homemmáquina simples Segurança Operação fiável Seguro para o operador Máquina robusta sujeita a poucas vibrações Boa relação custo-benefício Preço acessível Satisfazer necessidades futuras Versatilidade Cortar sacos de plástico Etiquetadora de conjunto adaptável (etiquetar de 5 em 5 ou 3 em 3) Etiquetar sacos de tamanhos diversos Boa cadência de produção Tempo de inatividade reduzido Detetar se a etiqueta é corretamente aplicada Figura 19 - Árvore de objetivos.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 36 A elaboração da árvore de objetivos é essencial na medida em que obriga o projetista a explicitar e questionar cada objetivo, marcando assim o início do processo de planeamento de potenciais soluções. 4.3. Diagrama de funções Tal como se viu no método da árvore de objetivos diferentes problemas podem ter níveis distintos de generalidade e, em muitas ocasiões, a generalidade de um objetivo deve ser questionada junto do cliente para que estes objetivos se tornem mais restritos e a solução final obtida seja tão próxima da desejada quanto possível. Para tal, é essencial elaborar uma série de funções essenciais que uma determinada solução deve satisfazer. Importa, numa fase inicial da elaboração do diagrama de funções, que se represente a função global em termos de conversão de entradas em saídas. Esta etapa é importante na medida em que permite definir o que é pretendido com maior exatidão ao invés do modo como será atingido. Para isto, elaborou-se o diagrama da Figura 20 que contém uma caixa negra que converte as entradas em saídas, representando esta a função global. Depois disto, poderá ser dividida a função global em várias subfunções que, aliadas umas às outras, possibilitam a realização do pretendido. Assim, na Figura 21, é apresentado o diagrama de funções respetivo à etiquetagem e corte dos sacos de plástico. Etiquetagem e corte dos sacos Rolo de etiquetas individuais Rolo de sacos de plástico Rolo de etiquetas de conjunto Sacos separados com etiqueta individual e de conjunto Função Global Entradas Saída Figura 20 - Função global em termos de conversão de entradas em saídas.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 37 Depois de feito o diagrama de funções, importa explicar cada uma das subfunções que o compõe por forma a descrever tanto quanto possível a função principal e permitir, com isto, manter um fio condutor detalhado no decorrer desta. Para tal, optou-se pela elaboração da Tabela 8. - Fluxo de material - Função principal - Função auxiliar - Fluxo do sinal elétrico - Limite do sistema Legenda: Verificar legibilidade das etiquetas individuais Introduzir sacos Tensionar sacos Sacos de plástico Remover excesso Introduzir rolo de etiquetas de conjunto Imprimir etiquetas de conjunto Colocar etiquetas de conjunto Cortar sacos Transporte 1 Transporte 2 Introduzir rolo de etiquetas individuais Tensionar etiquetas Colocar etiquetas individuais Embalamento Verificar legibilidade das etiquetas de conjunto Imprimir etiquetas individuais Calibrar 1 Calibrar 2 Figura 21 - Diagrama de funções da etiquetagem e corte dos sacos de plástico.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 38 Tabela 8 - Descrição das subfunções do diagrama de funções. Subfunção Descrição 1 Introduzir rolo de etiquetas individuais Função responsável por colocar o rolo de etiquetas individuais no seu local destinado da máquina de etiquetagem. 2 Tensionar etiquetas Função que tem como propósito provocar tensão no rolo que contém as etiquetas para que estas possam ser aplicadas uma vez introduzido o rolo de etiquetas individuais no local pretendido. 3 Introduzir sacos Função responsável por colocar o rolo de sacos de plástico no devido local da máquina após a aplicação de etiquetas no rolo prévio se dar por concluída. 4 Tensionar sacos Função que tem como objetivo provocar a tensão no rolo de sacos de plástico para que assim as etiquetas sejam aplicadas com maior exatidão, evitando rugas nas etiquetas. 5 Calibrar 1 Função responsável por determinar o exato momento em que a etiqueta deve ser descolada do rolo de etiquetas individuais e aplicada nos sacos individuais. 6 Colocar etiquetas individuais Função responsável por aplicar as etiquetas individuais em cada um dos sacos de plástico. 7 Verificar legibilidade das etiquetas individuais Função encarregue de verificar se as etiquetas individuais foram corretamente aplicadas, isto referese a fatores como posição e a garantia que esta não se encontra enrugada. 8 Transporte 1 Função que tem como objetivo transportar o rolo de sacos de plásticos desde o local onde são primeiramente armazenados na máquina até o local onde será aplicada a etiqueta de conjunto, passando pela etiquetagem individual entre estes pontos. 9 Introduzir rolo de etiquetas de conjunto Função responsável por colocar o rolo de etiquetas de conjunto no devido local para que estas sejam aplicadas posteriormente. 10 Calibrar 2 Função responsável por determinar o exato momento em que a etiqueta deve ser descolada do rolo de etiquetas de conjunto e aplicada no conjunto de cinco sacos.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 39 Tabela 8 - Descrição das subfunções do diagrama de funções (continuação). Subfunção Descrição 11 Colocar etiquetas de conjunto Função responsável por aplicar as etiquetas de conjunto em cada conjunto de sacos de plástico. Tipicamente serão de cinco, mas, em alguns casos, é necessário etiquetar de três em três sacos. 12 Verificar legibilidade das etiquetas de conjunto Função encarregue de verificar se as etiquetas de conjunto foram corretamente aplicadas, isto refere-se a fatores como posição e a garantia que esta não se encontra enrugada. 13 Transporte 2 Função que tem como objetivo transportar o rolo de sacos de plásticos com a etiqueta individual e de conjunto aplicadas para o local onde se irá proceder ao corte dos sacos. 14 Cortar sacos Função responsável por cortar os sacos, quer em conjuntos de cinco, quer em conjuntos de três. Dá-se por concluída a elaboração do diagrama de funções, pode-se verificar a divisão da função global em quinze subfunções. A relevância da elaboração deste diagrama é inegável uma vez que, agora, se consegue ter uma ideia mais precisa do que irá ser realizado, dos passos para os quais irão ser precisas elaborar soluções e a ordem cronológica em que tal deve acontecer, permitindo assim a conceção de um projeto com menos falhas e mais organizado. 4.4. Estabelecimento das especificações do produto O presente método revela-se importante na elaboração de um projeto na medida em que permite definir o problema concretamente e, ainda, facultar uma margem de manobra ao projetista, diferenciando de entre vários objetivos os que devem ser cumpridos e os que seriam um extra para o projeto. Assim, a especificação de um produto define o que este deve desempenhar e não o produto desejado. Com isto, é possível manter uma ideia concreta do que se deve realizar e, simultaneamente, não deixar de pensar em outras adições que podem ser importantes e beneficiem a produtividade da empresa num todo.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 46 Intuitivamente, é possível perceber que, aquando da elaboração da tabela 10, algumas das soluções identificadas não iriam de encontro a cem por cento com a dinâmica do projeto, por motivos diversos. Assim, seguidamente estas serão apresentadas. Para a subfunção 1: introduzir rolo de etiquetas individuais, existe a possibilidade desta tarefa ser desempenhada por um operador ou se fazer uma máquina simples capaz de agarrar um rolo e colocálo no respetivo lugar, como apresentado na Figura 22. Figura 22 - Modelação de uma possível máquina que coloca o rolo na estação de desenrolamento. Esta estrutura, embora simples, implica gastos extra para a empresa. Para além disto, não resolve o problema principal que é o de se conseguir, depois de pousado o rolo de etiquetas no local destinado para este efeito, distribuí-lo por toda a máquina. Isto é, para que as etiquetas sejam corretamente aplicadas estas precisam de estar sob constante tensão, como previamente estabelecido. Para isto ser possível, a etiqueta tem que descrever um percurso onde passa por rolos guia, conjuntos de rolos acionadores e de pressão, entre outros. Esta tarefa, onde se tem de colocar o rolo de etiquetas na devida estação e prendê-lo na última estação da máquina, é mais facilmente executada por um operador do que por uma máquina, dada a complexidade de movimentos. Por isto, conclui-se que a melhor opção é que esta função seja desempenhada por um operário, já que a presença de um operador é sempre necessária no decorrer do processo.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 47 A subfunção 1: introduzir rolo de etiquetas individuais, é muito similar à subfunção 3 (introduzir sacos) e à subfunção 9 (introduzir rolo de etiquetas de conjunto). Por isto, a linha de raciocínio é semelhante e a mesma opção será escolhida para os três casos. A subfunção 2: tensionar etiquetas divide-se em três pontos. • Em primeiro lugar, a zona de desenrolamento, cujo controlo pode ser feito através de um braço pivot ou de uma célula de carga. O que se procura num mecanismo que controla o desenrolamento de um rolo é um arranque suave deste aliado a um controlo de tensão da fita do rolo. Para além disto, o mecanismo funciona como um travão que impede que o rolo desenrole mais do que o necessário e, consequentemente, ocorra uma sobrealimentação da fita. Nestes casos, em que se lida com motores que não estão a fornecer um movimento contínuo, ou seja, que iniciam e param o seu movimento repetitivamente, o braço pivot permite que o rolo de desenrolamento possa mover-se continuamente, não tendo de se lidar com a inércia de se estar constantemente a parar e a recomeçar o seu movimento. Portanto, o braço pivot movimenta-se para absorver essas diferenças de velocidade e o sistema da célula de carga mede apenas a tensão diretamente, mas não tem compensação disponível para alterações de velocidade da fita do rolo; • Seguidamente, a zona intermédia da máquina terá de contar com um conjunto de peças que tornam a eficácia do trabalho pretendido muito maior. Neste ponto, a questão prende-se entre simplificar ao máximo fazendo com que apenas haja um conjunto de rolo acionador e rolo de pressão ou produzir um sistema mais complexo que acrescenta a estes vários rolos guia e uma placa de separação. Explicando cada um destes e a sua utilidade: Conjunto de rolo acionador e rolo de pressão: esta parte do sistema ‘’puxa’’ a fita. O rolo acionador tem movimento de rotação e trava para cada sequência de etiquetagem. O rolo de pressão apenas pressiona a fita contra o rolo acionador e tem movimento livre, ou seja, gira com o atrito que o rolo acionador provoca nele. Não deve ser possível mover a fita uma vez estando os dois rolos corretamente pressionados um contra o outro, criando-se uma espécie de controlo de tensão da fita do rolo das etiquetas; Rolos guia: tal como o próprio nome indica, estes rolos apenas têm a função de guiar a fita do rolo de etiquetas, estando lá para fornecer alguma tensão e movendo-se livremente apenas quando estas se movimentam;
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 48 Placa de separação: este é um ponto crucial para que as etiquetas sejam corretamente aplicadas. Esta placa deve ser fina e isto é o que permite que a etiqueta se descole da fita tal como exemplificado na Figura 23. Na ausência desta placa, não se dá a separação da etiqueta e da fita o que dificulta muito o desempenho da aplicação das etiquetas de forma automática. Depois disto, as etiquetas são aplicadas e a fita, já sem elas, segue o seu percurso até à última estação da máquina de etiquetagem. Figura 23 - Placa de separação. • Por último, tem-se a zona onde se rebobina a fita das etiquetas, já pós aplicação destas. Ainda que quer a primeira, quer a segunda opções apresentadas sejam boas ideias, pensa-se que na terceira há um grau de complexidade superior não justificável, ainda que pequeno. No primeiro caso, basta tirar-se a chave manualmente e voltar a colocar para um futuro uso, no outro há um mecanismo que fecha e abre, controlado por um controlador e é necessária a presença de um operador para que se retire o excesso do rolo. Por isto, a opção escolhida será a primeira. Relativamente à subfunção 4: tensionar sacos, pretende-se que o desenrolamento seja feito por rolos guia e, também, pelo movimento da estação de desenrolamento transmitido do motor a partir do input do sensor de distância. Para a zona intermédia, pensa-se que a melhor opção é optar pelos rolos guia, uma vez que estes permitem guiar os sacos pela direção pretendida, não sendo necessário rolos estacionários auxiliares. Por último, na zona onde se rebobina o material, pensa-se que, tal como no caso das etiquetas, a melhor opção seja a primeira apresentada na tabela 10, uma vez que permite um enrolamento suave e controlado dos sacos de plástico já estudado para a opção do desenrolamento. A segunda opção apresentada não se revela tão fiável uma vez que à medida que o diâmetro do rolo de sacos de plástico varia a velocidade do desenrolamento ou enrolamento irá, também, variar.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 49 No que diz respeito à subfunção 5, que corresponde à calibração das etiquetas com os sacos para que não se corra o risco de que estas sejam coladas a meio de um picotado ou que não fiquem no rácio de um para um com os sacos (aplicar mais que uma por saco ou menos), pensa-se que a única opção será recorrer ao uso de um sensor fotoelétrico que comunica o posicionamento da etiqueta a um controlador que controla o motor e consegue-se, a partir daí, aplicar a etiqueta no timing correto. Dado que esta subfunção desempenha a mesma tarefa que a subfunção 10, só que em estações diferentes da máquina, o raciocínio é igual e, por isso, a escolha será a mesma. Relativamente à subfunção 6: colocar as etiquetas individuais, a escolha prende-se entre o método wipeon ou o método blow-on . Ambos conseguiriam desempenhar a função, no entanto, o método wipe-on não precisa de ar comprimido. Para além disto, ambos não necessitam que o produto pare para aplicar a etiqueta, como é o caso de vários métodos de aplicação que se encontram no mercado e, por isto, conseguem uma produção mais significativa. Ainda assim, para além de mais simples, se a aplicação for feita pelo método wipe-on , o único componente que se movimenta é o rolo de fitas e, no caso do método blow-on , é preciso recorrer-se a uma estrutura que possibilite a presença de ar comprimido que consiga ‘’sugar’’ a etiqueta sem a danificar e depois expeli-la contra os sacos de plástico, manifestandose numa diminuição ligeira da produção. Por isto, para este ponto será escolhida a aplicação pelo método wipe-on . Para a subfunção 7 e 12, verificar legibilidade das etiquetas individuais e de conjunto, respetivamente, a possibilidade de se recorrer a um sensor capaz de detetar o posicionamento da etiqueta não se revela como uma mais-valia. Isto porque a máquina terá sistemas que possibilitam que esta se mova para cima e para baixo ou para a direita e esquerda. Desta forma, será assegurado que a etiqueta é colocada sempre no local indicado do saco. Para além disto, no mercado atual, este tipo de sensores não estão a ser usados na maioria das máquinas de etiquetagem. A etiqueta é aplicada e, se não estiver na posição idealizada, a máquina é parada e são feitos os ajustes necessários em termos dos eixos da mesma para que a etiqueta seja colocada no sítio pretendido do produto. Por isto, e porque a fiabilidade das máquinas de etiquetagem tende a ser confiável, é muito raro haver algo como uma simples ruga na etiqueta neste processo. Assim, a tarefa será desempenhada por um operário da empresa. Este apenas irá assegurar que a máquina está a etiquetar o sítio correto do saco de plástico, no início da produção. A função do transporte 1 (subfunção 8), revela-se como uma oportunidade muito boa de melhorar a produtividade da empresa e, simultaneamente, diminuir os custos. Inicialmente, era pensado fazer-se uma estação para a etiquetagem individual e outra para a etiquetagem em conjunto. Em termos de
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 50 custos, isto não é muito atrativo, já que o tempo duplicaria para cada produto e seriam necessários mais materiais, motores, entre outros, para fazer duas estações para os sacos de plástico (controlo da zona de desenrolamento, intermédia, zona onde se rebobina e todas as peças e mecanismos associados a cada uma destas). A ideia de se desenvolver o sistema de etiquetagem desta forma devia-se ao facto de as etiquetas individuais terem de ser aplicadas em faces opostas do saco de plástico das etiquetas de conjunto. No entanto, percebeu-se que, ao se desenvolver uma máquina de etiquetagem para a aplicação individual, pode-se invertê-la em torno de determinados eixos para que esta aplicasse a etiqueta de cima para baixo ou de baixo para cima. A Figura 24 possui um esquema simplificado de como seria a disposição de cada elemento que compõe a máquina. Figura 24 - Disposição da máquina de etiquetagem individual, etiquetagem de conjunto e máquina responsável pelo movimento dos sacos. A subfunção 11, colocar etiquetas de conjunto, é onde se insere a maior dúvida desta etapa do processo. A aplicação destas usando o método wipe-on revela-se simples, e um fator importante é o facto de esta já ter sido estudada detalhadamente para o processo de aplicação das etiquetas individuais. No entanto, há um entrave que seria o aproveitamento espacial, ou seja, se se conseguiria colocar uma máquina de etiquetagem entre a estrutura que move os sacos e os rolos destinados a manter a tensão dos sacos de plástico. Por outro lado, ao ser aplicado o método blow-on invertido, a dificuldade prender-se-ia no facto de este não se encontrar no mercado, sendo que é feito para a aplicação específica do problema em
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 51 questão. Em contrapartida, o sentido em que se aplicam as etiquetas não teria de ser o mesmo do sentido percorrido pelos sacos. De seguida, apresentam-se dois esquemas simplificados destas duas opções. Primeiramente, na Figura 25 o sistema de etiquetagem com o método blow-on invertido. Figura 25 - Máquina de etiquetagem de conjunto – opção com método blow-on invertido. Depois deste, na Figura 26 o sistema de etiquetagem com a aplicação da etiqueta de conjunto pelo método wipe-on invertido. Figura 26 - Máquina de etiquetagem de conjungo – opção com método wipe-on. Máquina da etiquetagem individual Máquina da etiquetagem de conjunto Máquina da etiquetagem de conjunto Máquina da etiquetagem individual
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 52 Embora o método seja mais intrigante do ponto de vista da engenharia, uma vez que é algo novo que ainda não existe no mercado, a opção mais viável é a do método wipe-on . Isto, porque é muito mais económico, não precisando de se recorrer a ar comprimido para a função ser desempenhada. Para além disto, a velocidade de aplicação não tem grande influência nesta escolha, uma vez que esta máquina de etiquetagem não precisa de ter uma aplicação de etiquetas em frequência elevada. Em termos de aproveitamento de espaço, percebe-se também que uma máquina de etiquetagem que utiliza o método wipe-on consegue desempenhar a função, pois a máquina que movimenta os sacos será dimensionada para este fim. Relativamente à tarefa que tem como finalidade a remoção do excesso (subfunção 12), esta terá de ser realizada manualmente. Caso se chegue ao fim da produção do dia de trabalho e ainda sobre fita com etiquetas, esta mesma deverá ser cortada antes da zona onde se rebobina de novo, deve ser retirado o excesso e depois envolver-se a fita de novo ao redor da estação em que esta se enrola, para que se siga a produção no dia seguinte. Tal como esta, subfunção 14 (transporte 2), responsável por transportar o rolo com os sacos etiquetados até ao local onde se dará o corte dos mesmo terá de ser, também, realizada por um operário, visto que não é possível aproveitar a estação onde se rebobina o material e adaptá-la para realizar o desenrolamento deste. No que diz respeito à subfunção 14, cortar os sacos, tem-se três boas opções. Esta função é, no fundo, um acréscimo ao que a empresa pretendia que fosse feito, que era a etiquetagem dos sacos individuais. Das três opções apresentadas, a primeira que sugere o desenvolvimento de uma máquina é a menos atraente aos olhos da empresa. Isto porque, embora consiga desempenhar a função, seria relativamente cara aos olhos da empresa (graças ao facto de ter de se conseguir adaptar a mesma máquina para todos os tipos de sacos e conseguir que esta, depois disto, cortasse os sacos em conjuntos de 5 ou conjuntos de 3). Para além disto, o picotado que separa os sacos necessitaria de uma máquina com uma boa exatidão e precisão no corte que iria fazer para ser cortado, aumentando significativamente o valor desta. Uma vez que o corte de sacos não é uma prioridade para a empresa, de momento, não faria sentido gastar uma quantia elevada nesta função e, para além disto, em termos de produtividade não se iria fazer sentir uma diferença significativa. Outra ideia dada à empresa foi a terceira apresentada, ainda para a subfunção 14. De momento o fornecedor fornece um rolo de 1000 sacos, separados por picotados como se apresenta na Figura 27.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 53 Figura 27 - Sacos utilizados no atual processo de etiquetagem da empresa. O facto de ser um picotado a separar os sacos entre si dificulta muito a tarefa de os cortar em conjuntos de 5, uma vez que a máquna deve ter uma precisão e exatidão de corte elevada, como mencionado anteriormente. Para isto, são necessários melhores motores que, para além de terem que desempenhar a sua tarefa numa velocidade razoável para melhorar o processo em termos de produtividade, têm que ser extremamente precisos para parar sempre no local pretendido. Para combater isto, tomou-se a iniciativa de questionar aos responsáveis da empresa quão abertos estes estariam em alterar ligeiramente o tipo de sacos que encomendam atualmente. A ideia passaria por retirar os picotados dos sacos e desenvolver-se uma máquina que faria os picotados e, simultâneamente, cortaria os sacos em conjuntos de 5. Depois desta reunião, a empresa optou por não mudar, para já, o tipo de sacos encomendados, frisando que o foco principal neste momento seria a etiquetagem dos sacos individuais e, só depois disto, se focaria no corte dos sacos. Assim sendo, o corte dos sacos manter-se-á a ser realizado por operários. Embora haja a possibilidade de outras alternativas, esta tarefa ser feita manualmente não irá atrasar a produção da empresa, uma vez que se um dos operários que faz de momento a etiquetagem dos sacos passar para o corte dos mesmos a produção deverá aumentar. Limites superior e inferior selados Picotado para separar cada saco
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 54 5. Dimensionamentos, modelações e explicação de cada um dos sistemas que compõem o projeto No presente capítulo, são apresentadas as diversas modelações que constituem o projeto, bem como cada sistema em que estas estão incorporadas. Tudo isto, tendo por base tanto a pesquisa teórica reunida e referida ao longo da presente dissertação, como o projeto conceptual elaborado anteriormente no capítulo do desenvolvimento de soluções. Para facilitar a compreensão de cada uma das partes, considera-se essencial a presença de uma imagem de referência. Por isto, é apresentada, seguidamente na Figura 28, a modelação final de todo o projeto que compreende a máquina de etiquetagem individual (1400x900x920 mm) (na direita da figura), máquina de etiquetagem de conjunto (1400x900x920 mm) (à esquerda) e a máquina responsável pelo movimento dos sacos (1700x3020x770 mm) (no centro da imagem). Figura 28 – Sistema de etiquetagem projetado. Primeiramente, será apresentado o um subcapítulo que aborda os motores e sensores usados no sistema, bem como o dimensionamento de cada um dos motores. Depois disto, apresenta-se a máquina de etiquetagem individual e uma explicação dos sistemas que a constituem. Seguidamente, o mesmo
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 55 será feito para a máquina de etiquetagem de conjunto, e, por fim, para a máquina responsável pelo movimento dos sacos. 5.1. Especificação de cada tipo de motor Depois de efetuado todo o estudo relativo à fundamentação teórica dos motores elétricos, é importante especificar que tipo de motor irá desempenhar cada funcionalidade do sistema de etiquetagem. Começando pelos motores de acionamento, sabe-se que estes devem ser motores precisos, com boa resposta entre paragens e arranque do próprio motor. Para além disto, sabe-se que as velocidades destes não serão muito elevadas. Características estas, como estabelecido anteriormente, de um motor de passo. Na maioria das máquinas de etiquetagem da indústria os motores de passo são os escolhidos para a aplicação das etiquetas, o que se comprova como a melhor opção depois do estudo realizado. Para além disto, os motores de passo são excelentes para controlo do binário, ou seja, o rolo de acionamento não irá ter movimento de rotação quando o motor estiver parado, algo que irá contribuir para uma aplicação mais eficaz e centrada das etiquetas. Relativamente aos motores das estações de enrolamento, estes devem ser servo motores. Isto porque deverão funcionar como um sistema de malha fechada, funcionamento típico de um servo motor, em que um sensor irá comunicar quando o motor deve iniciar o seu movimento de rotação e um controlador irá determinar por quanto tempo o motor deve estar acionado. O feedback deve ser, por isto, rápido. Por último, os motores da máquina responsável pelo movimento dos sacos de plástico devem garantir que os sacos se mantêm tensionados ao longo do processo, tensão esta que é essencial para que a etiqueta seja corretamente aplicada. Estes motores devem ter feedback relativo à distância a que o sensor se encontra da extremidade do rolo, uma vez que a velocidade de desenrolamento ou enrolamento irá depender do tamanho do diâmetro do rolo dos sacos de plástico. Assim, uma vez que é necessário um sistema em malha fechada para que o sensor comunique a distância a que se encontra da superfície do rolo de sacos de plástico, e um controlador que coloque o motor a funcionar consoante o output do sensor, opta-se por um servo motor.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 62 Tabela 11 - Panorama geral dos motores. Velocidade (rpm) Binário (N.m) Inércia movida(𝒈.𝒄𝒎𝟐) Máquina de etiquetagem individual Motor de acionamento 70 1 12×103 Motor estação enrolamento 70 1,24 12,4×103 Máquina de etiquetagem de conjunto Motor de acionamento 120 1,2 18×103 Motor estação enrolamento 120 1,44 14,4×103 Máquina responsável pelo movimento dos sacos de plástico Motor estação desenrolamento 184 1,5 45×103 Motor estação desenrolamento 184 1,5 45×103 Depois de realizar o dimensionamento de cada um dos motores, resta analisar o mercado e escolher um motor que corresponda às necessidades. • Motor de passo de etiquetagem individual Depois de analisados todos os motores passo da empresa Kalatec Automação , percebeu-se que a melhor escolha seria um dos motores NEMA 34, sendo o modelo: KTC-5034-349. Este é um motor passo com um binário estático de 3,15 Nm (maior do que o binário mínimo necessário de 1 Nm, respeitando, assim, a primeira condição) e inércia de 1230 𝑔.𝑐𝑚2 [21]. Utilizando-se a equação 5.3, verifica-se que o motor selecionado respeita outra condição, uma vez que o rácio entre as inércias é de 9,76. Por fim, importa verificar se para a velocidade definida o binário de aplicação se encontra abaixo da curva de funcionamento. Relativamente à velocidade de funcionamento, esta é 70 rpm, que corresponde a 233 pulsos por segundo, utilizando-se a equação 5.5 para realizar este cálculo. 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜= 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑟𝑒𝑣𝑜𝑙𝑢çã𝑜×𝑟𝑝𝑚 60 (5.5)
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 63 Em que os pulsos por revolução é dado por 360/1,8, sendo este o ângulo de cada passo deste motor de passo. O binário de aplicação, pela equação 5.1 é 0,8 Nm (produto entre 40 e 0,02) Este binário de aplicação deve ser multiplicado por 2, por ser este o fator de segurança, logo, para 233 pulsos por segundo o binário nominal tem de ser obrigatoriamente superior a 1,6 Nm. Na Figura 29, é representado o ponto P, onde se representa a interseção entre binário de aplicação e velocidade de rotação em pulsos por segundo que irão ser usados pelo motor [21]. Comprovando-se, assim, que o motor deverá desempenhar as funções com o desempenho esperado. Na tabela 12, apresentam-se as restantes características do motor selecionado. Tabela 12 - Especificações do motor de passo da máquina de etiquetagem individual [21]. Flange: 82,8 mm Inércia: 1230 𝑔.𝑐𝑚2 Passo em ângulo: 1,8º Temperatura de operação -20 a 50ºC Binário Estático bipolar: 3,15 Nm Classe de isolamento: Classe B (130º) Quantidade de fios: 08 Diâmetro do eixo: 9,525 mm Ligações possíveis: Unipolar, Bipolar série, Bipolar paralelo Peso: 5,6 kg P Figura 29 - Curva de funcionamento do motor de passo selecionado [21].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 64 • Motor de passo de etiquetagem de conjunto O motor de passo escolhido para a aplicação em causa é outro Nema 34, modelo KTC-5034-350. Este tem um binário de retenção de 4,68 Nm, maior que o mínimo necessário de 1,2 Nm. Relativamente à inércia, o motor especificado tem uma inércia motora de 1870 𝑔.𝑐𝑚2. A equação 5.3, uma das condições para a seleção do motor, também comprova o facto do motor desempenhar bem a função para a qual está a ser dimensionado, obtendo-se um rácio entre inércias de 9,62. Relativamente à velocidade de funcionamento, esta é 120 rpm. Na unidade do gráfico de funcionamento fornecido pela Kalatec, dá-se a velocidade em rps, obtendo-se 2 rps. O binário de aplicação é calculado usando-se a equação 5.1, obtendo-se 0,9 Nm para o produto entre F (N) e r (m). Este binário de aplicação deve ser multiplicado por 2, por ser este o fator de segurança, logo, para 2 rps o binário nominal tem de ser obrigatoriamente superior a 1,6 Nm. Na Figura 30, é representado o ponto F, onde se representa a interseção entre binário de aplicação e velocidade de rotação em rotações por segundo que irão ser usados pelo motor. Figura 30 - Curva de funcionamento do motor de passo da máquina de etiquetagem de conjunto [21]. Comprovando-se, assim, que o motor estará pronto para desempenhar as funções com o desempenho esperado. Na tabela 13, apresentam-se as restantes características do motor selecionado.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 65 Tabela 13 - Especificações do motor de passo da máquina de etiquetagem de conjunto [21]. Flange: 82,8 mm Inércia: 1870 𝑔.𝑐𝑚2 Passo em ângulo: 1,8º Temperatura de operação -20 a 50ºC Binário Estático bipolar: 4,68 Nm Classe de isolamento: Classe B (130º) Quantidade de fios: 08 Diâmetro do eixo: 9,525 mm Ligações possíveis: Unipolar, Bipolar série, Bipolar paralelo Peso: 3,5 kg • Servo motor da máquina de etiquetagem individual O motor servo escolhido para a aplicação é da OMRON, da série R88M-G, em concreto, o R88M-G1K030T com potência igual a 1 kW. Para comprovar que este consegue desempenhar a função primeiramente analisa-se o rácio entre inércia movida e inércia do motor. A inércia estabelecida no catálogo é igual a 1690 𝑔.𝑐𝑚2, dando, portanto, o rácio 7,37, verificando-se a condição da equação 5.3. [22] Relativamente a velocidade, este motor consegue atingir velocidades superiores a 1000 rpm sem perda de binário, garantindo-se, assim, mais uma condição. Relativamente ao binário, tinha sido estabelecido que para uma velocidade de 70 rpm este teria de ser superior a 1,24 Nm. Na Figura 31, apresenta-se a curva de funcionamento do motor. Figura 31 - Curva de funcionamento dos servo motores das máquinas de etiquetagem [22].
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 66 Através da análise da figura 31, consegue-se perceber que para a velocidade estabelecida o binário nominal (3,18 Nm – o binário de pico 9,1 não deve ser um valor referência para um funcionamento contínuo, é representado para situações em que o motor está a acelerar onde o binário pode entrar nesta zona) é significativamente superior a 1,24 sendo, por isto, a última condição também validada. • Servo motor da máquina de etiquetagem de conjunto O motor servo escolhido para a máquina de etiquetagem de conjunto foi o mesmo que o anterior. Este, é o motor mais económico da gama que respeita as normas anteriores. Relativamente à Inércia, a do catálogo seria igual a 1690 𝑔.𝑐𝑚2, verificando-se a condição apresentada na equação 5.3, com um rácio de 8,52. [22] O binário dinâmico para a velocidade de 2 rps deve ser inferior a 1,4 Nm, pela análise da Figura 31, esta condição verifica-se Na tabela 14, apresenta-se a especificação do motor escolhido para a operação em questão. Tabela 14 - Especificação dos motores servo das máquinas de etiquetagem [22]. Potência (W) 1000 Inércia do motor (𝒈.𝒄𝒎𝟐 ) 1690 Binário nominal (N.m) 3,18 Temperatura de operação (ºC) -20 a 80ºC Binário de pico (N.m) 9,1 Peso máximo radial admitido (N) 392 Corrente nominal (A) 7,2 Massa do motor (kg) 4,5 Corrente de pico (A) 21,4 Codificador aplicável Codificador absoluto (17 bits) Voltagem (V) 230 Velocidade Nominal máxima (rpm) 3000 • Servo motor da máquina que movimenta os sacos Para a máquina de movimento dos sacos, o motor servo escolhido foi o R88M-G1K020T (1 kW). Este apresenta uma inércia uma inércia do rotor de 6170 𝑔.𝑐𝑚2, dando o rácio 7,3, confirmando a condição apresentada na equação 5.3. [22]
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 67 Relativamente ao binário, este deve ser superior a 1,85 Nm. Pela análise da Figura 32, correspondente à curva de funcionamento do motor, tem-se um valor de binário nominal de 4,8 Nm, confirmando-se, assim, a condição do binário. Pela análise da mesma figura, consegue-se perceber que a gama de velocidades apresentada compreende a máxima velocidade de funcionamento, provando-se assim a legitimidade da escolha do motor [22]. Figura 32 - Curva de funcionamento dos servo motores da máquina de movimentação dos sacos. Na tabela 15, apresenta-se a especificação do motor escolhido para a operação em questão. Tabela 15 - Especificação dos motores servo da máquina que movimenta os sacos. Potência (W) 1000 Inércia do motor (𝒈.𝒄𝒎𝟐 ) 6170 Binário nominal (Nm) 4,8 Temperatura de operação (ºC) -20 a 80ºC Binário de pico (Nm) 13,5 Peso máximo radial admitido (N) 490 Corrente nominal (A) 5,6 Massa do motor (kg) 6,8 Corrente de pico (A) 17,1 Codificador aplicável Codificador absoluto (17 bits) Voltagem (V) 230 Velocidade Nominal máxima (rpm) 2000
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 68 5.2. Sensores da máquina que movimenta os sacos Depois de serem apresentados os principais tipos de sensores capazes de desempenhar a função pretendida no segundo capítulo e anexo II correspondente à fundamentação teórica e respetivos complementos, resta escolher qual destes será o escolhido para desempenhá-la. Dos três tipos apresentados, um consegue-se excluir facilmente: o sensor de distância a laser (LiDAR), uma vez que este é significativamente mais dispendioso, o que a empresa Maia & Borges tornou claro que era o ponto que deveria ser considerado mais importante. Para além disto, a tecnologia incorporada neste tipo de sensores supera as necessidades básicas que o mecanismo de controlo de tensão dos sacos de plástico da empresa exige, o que fazia com que, mesmo que se pagasse o preço requerido pelas empresas que o vende, não se aproveitasse todo o potencial do sensor, contribuindo para um orçamento mais caro sem justificação. Acrescentando, este tipo de sensores destaca-se pela sua utilização em distâncias consideráveis, na gama dos metros ou até dezenas de metros, o que não vai de encontro com o projeto que pretende ler distâncias entre os 100 e os 300 mm. Tanto o sensor ultrassónico como o sensor infravermelho são sensores de distância com capacidades para desempenhar a função pretendida do projeto. No entanto, há alguns fatores que os diferenciam. Aquando da idealização do estudo dos mecanismos controlo de tensão presentes atualmente no mercado (presente no anexo II), , foi possível verificar a existência de um sensor ultrassónico para desempenhar a tarefa de medição do raio que é o que se pretende fazer neste ponto. Quando se pretende escolher um tipo de sensor de distância é necessário abordar pontos quatro pontos chave [23]: • Exatidão: quão perto a leitura está da verdadeira distância; • Resolução: a leitura mais pequena ou mudança de leituras que um sensor é capaz de fazer; • Precisão: o sensor realizar leituras repetitivamente de forma fiável; • Fatores externos: Como luz solar que afeta os sensores infravermelhos ou materiais que absorvem quantidades significativas de som que influenciam o desempenho dos sensores ultrassónicos. A maior diferença entre os sensores de distância ultrassónicos e os sensores de distância infravermelhos é o modo de funcionamento, que já foi estudado e descrito. Para a aplicação que se pretende, os fatores externos não devem ser tidos em consideração visto que o ambiente em que a tarefa é desempenhada
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 69 é em contexto fabril (sem muitas luzes que danifiquem as leituras de um sensor infravermelho e, também, num ambiente em que não estão presentes materiais capazes de absorver quantidades de som significativas. Os pontos que diferenciam estes dois sensores, e que também explicam o porquê de na indústria se usar o sensor ultrassónico, são a exatidão e precisão. Na maioria das vezes, os sensores ultrassónicos fornecem dados mais exatos e precisos do que os sensores infravermelhos. Se a aplicação para a qual estes estiverem a ser escolhidos necessitar de uma representação numérica e precisa da distância escolhe-se, por norma, um sensor de distância ultrassónico. Sensores infravermelhos são, tendencialmente, mais usados em aplicações em que se pretende saber se um objeto está ou não presente numa determinada área [23]. Por isto, conclui-se que o melhor sensor de distância para a aplicação pretendida (na máquina que movimenta os sacos) é o sensor de distância ultrassónico. 5.3. Máquina de etiquetagem individual A máquina de etiquetagem individual é composta por diversas partes, como se pode observar na Figura 33, onde a modelação desta se apresenta. Figura 33 - Máquina de etiquetagem individual projetada.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 70 Inicialmente, irá ser abordada a parte estrutural da modelação da máquina de etiquetagem individual e, posteriormente, serão enumerados e explicados os sistemas que a constituem. 5.3.1. Parte estrutural das máquinas de etiquetagem Uma máquina de etiquetagem horizontal tem, frequentemente, uma parte estrutural associada. Esta tem diversas funções, no entanto, as principais são: • Proporcionar à máquina uma estrutura estável, que limite vibrações; • Permitir o posicionamento correto da etiqueta a ser aplicada, através dos sistemas de ajuste em cada eixo; • Conferir à máquina alguma versatilidade, quer em termos de transporte de um ponto para outro do estabelecimento, quer na capacidade de etiquetar os produtos em diferentes pontos de um mesmo processo produtivo. Tendo isto em consideração, seguidamente na Figura 34, apresenta-se uma vista explodida da parte estrutural da máquina de etiquetagem individual, separando cada uma das partes principais que as constituem. Figura 34 - Vista explodida da parte estrutural da máquina de etiquetagem. Pé nivelador Base da máquina de etiquetagem Estrutura central Estrutura de calibração vertical Peça responsável por ajustes manuais verticais e horizontais
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 71 Seguidamente, serão apresentadas as diferentes partes que constituem a parte estrutural da máquina de etiquetagem. Pé nivelador O pé nivelador numa máquina de etiquetagem é um componente que se pode revelar muito interessante, dada a quantidade de características que pode fornecer à mesma. Não é muito comum no mercado a presença de pés niveladores em máquinas de etiquetagem, uma vez que estes são tipicamente usados em máquinas mais pesadas, mas considera-se uma mais-valia a inclusão dos mesmos no projeto. Estes são essencialmente constituídos por um fuso segurado por porcas, anilhas, o próprio pé e uma superfície antiderrapante no fim deste. Na Figura 35, encontra-se o pé nivelador modelado para as máquinas de etiquetagem do projeto. Figura 35 - Modelação do pé nivelador incorporado na máquina. Para além da capacidade de elevar a máquina num todo alguns centímetros, o pé nivelador tem como principal função, tal como o nome indica, nivelar a máquina de etiquetagem num todo. Qualquer inclinação, por mais pequena que possa parecer, terá consequências diretas na aplicação de uma etiqueta. Os pés niveladores incorporados pretendem assegurar que a parte estrutural da máquina se encontra perpendicular ao chão e, caso este não seja o caso, podem ser ajustados para que as condições perfeitas da colocação da etiqueta se verifiquem. Aliando à característica previamente mencionada, estes contêm também superfícies antiderrapantes que asseguram um posicionamento mais preciso da máquina.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 78 carga axial e radial. A carga radial pode-se classificar como intermédia, enquanto que a carga axial é muito leve. A tabela 16 tem por objetivo indicar que tipo de rolamento deve ser escolhido tendo por base o valor de carga que este suporta tanto radial como axialmente. Tabela 16 - Capacidade dos diferentes tipos de rolamentos suportarem as cargas (Gomes & Dourado, 2019). Tipo de rolamento Tipo de carga Radial Axial Leve Média Forte Leve Média Forte Rolamento rígido de esferas, uma carreira ✓ ✓ Rolamento rígido de esferas, duas carreiras ✓ ✓ Rolamento de uma carreira de esferas de contacto angular ✓ ✓ Rolamento de esferas de quatro pontos de contacto ✓ ✓ Rolamentos de esferas de contacto angular, duas carreiras ✓ ✓ Rolamento autocompensador de esferas ✓ ✓ Rolamento de uma carreira de rolos cilíndricos ✓ ✓
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 79 Tabela 16 - Capacidade dos diferentes tipos de rolamentos suportarem as cargas (continuação) (Gomes & Dourado, 2019). Tipo de rolamento Tipo de carga Radial Axial Leve Média Forte Leve Média Forte Rolamento de uma carreira de rolos cónicos ✓ ✓ Rolamentos de rolos cónicos ✓ ✓ Rolamento autocompensador de rolos ✓ ✓ Rolamento axial de esferas de escora simples Nula ✓ Rolamento axial autocompensador de rolos ✓ ✓ Através da análise da tabela 16, pode-se concluir que um rolamento rígido de esferas consegue desempenhar a função do rolo guia do projeto, sendo, por isto, o tipo de rolamento escolhido. Sistema de desenrolamento da fita das etiquetas O sistema que será estudado nesta secção é o sistema responsável por desenrolar a fita das etiquetas, ou seja, a primeira estação da máquina de etiquetagem individual. Este, é composto por diversas peças que, quando juntas, permitem um desenrolar suave da fita e, para além disto, são uma alternativa viável aos sistemas presentes no mercado, garantindo um desempenho de eficiência similar e custo reduzido. Este sistema foi modelado no software Inventor e encontra-se na Figura 44.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 80 Figura 44 - Sistema de desenrolamento da fita das etiquetas – vista da frente (à esquerda) e vista de trás (à direita). Para facilitar a compreensão do sistema optou-se por realizar a vista explodida do mesmo e, nesta mesma Figura 45, identificar os componentes do sistema que serão explicados no decorrer da presente secção da dissertação, por forma a simplificar a compreensão do mesmo. Figura 45 - Vista explodida do sistema de desenrolamento e identificação dos componentes que o constituem. Posto isto, de seguida serão enumeradas algumas particularidades de cada componente identificado na Figura 45, e explicada de que maneira cada um destes contribui para o sistema.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 81 • Rolo guia central e pratos de apoio do rolo de etiquetas A primeira estação da máquina de etiquetagem individual é o rolo guia central, ou seja, é nesta posição que o rolo de etiquetas é posicionado primeiramente pelo operador e, depois disto, pode ser desenrolado ao longo das várias estações. Os pratos de apoio do rolo de etiquetas, por si só, têm a função de manter o rolo de etiquetas preso dentro das suas extremidades, de forma a não proporcionar um deslize deste ou que a fita fique desalinhada, o que iria contribuir para um proceso menos fiável da aplicação desta. Atualmente, as máquinas de etiquetagem presentes no mercado possuem uma primeira estação fixa e utilizam algo como um extensómetro para determinar a tensão presente no rolo guia pivot e, a partir do resultado desta, um controlador comunica a um pequeno motor a rotação a que este deve sujeitar o braço pivot para que este se dirija à posição desejada (em que a tensão é otimizada). Possuem também uma mola helicoidal de tração que tem como função permitir ou não a rotação do rolo de etiquetas, através de, por exemplo, um travão automático que imposibilita a alimentação da fita caso o braço pivot esteja na posição de paragem (posição esta em que a mola está em repouso). Este sistema de desenrolamento das etiquetas, embora viável, não foi o adoptado para a máquina, meramente pelo que os diversos componentes eletrónicos que o constituem representam – um custo maior, algo que não vai de encontro ao pretendido pela empresa, que explicitou que o objetivo seria manter a máquina o menos dispendiosa possível. Assim, optou-se pela elaboração de um sistema diferente, ainda que seguindo alguns destes princípios, de forma a atender às necessidades da empresa. O sistema elaborado foca-se essencialmente na elaboração de um sistema puramente mecânico, procurando substituir a componente eletrónica e manter a fiabilidade do processo. Isto, para além de diminuir o custo associado a este mecanismo, irá também reduzir as manutenções que precisam de ser feitas em qualquer sistema. Para além disto, a troca de sensores e componentes será reduzida e não há o risco de se ter que fazer várias calibrações de sensores, por exemplo, manifestando-se numa diminuição da produção. O conjunto do rolo guia central e pratos de apoio do rolo de etiquetas funcionam como uma peça. Para além das características particulares que cada um destes tem, mencionadas anteriormente, concluiu-se que, arranjando uma forma de fixar um no outro, a tarefa de parar a alimentação do rolo não necessitará de nenhum travão automático extra, podendo ser feita pelo rolo pivot com o contacto deste nos pratos. Ou seja, a fita ao ser puxada pelo motor irá fazer com que o braço se desloque, e em consequência, pare de contactar com os pratos que podem, assim, rodar juntamente com o rolo guia para fornecer a
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 82 fita necessária ao processo. Isto, será explicado de forma mais explícita com recurso a figuras e esquemas do braço pivot, ainda neste capítulo. Na Figura 46, encontra-se a vista explodida do conjunto rolo guia central e pratos de apoio do rolo de etiquetas bem como identificação da função de cada componente. Figura 46 - Vista explodida do conjunto rolo guia central e pratos de apoio do rolo de etiquetas. • Braço pivot, mola de tração helicoidal e rolo pivot O conjunto apresentado na presente secção (braço pivot, mola de tração helicoidal e rolo pivot), tem o objetivo de facultar um arranque suave e controlado das etiquetas, mantendo a tensão quer no rolo, quer na fita que percorre as etapas imediatamente seguintes, e atuar como um travão do desenrolamento do rolo de etiquetas para evitar a sua sobrealimentação. Depois de algum estudo e tentativas constantes de melhorar o sistema, chegou-se à que se considera ser a melhor solução possível para travar o desenrolamento da fita. Isto, será feito com um rolo pivot (rolo guia preso num braço que se encontra em constante pivoteamento). O que define o movimento do braço é, no fundo, o motor de passo da máquina de etiquetagem, motor este que irá puxar a fita e, em consequência, o braço pivot, permitindo a rotação do rolo guia central e pratos de apoio para que se consiga desenrolar a quantidade de fita necessária. Uma vez puxada a dimensão necessária da fita o motor irá parar fazendo com que o braço pivot retorne à posição inicial (por intermédio de uma mola helicoidal de tração), o que fará com que o rolo guia em que o rolo de etiquetas está pousado pare de
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 83 rodar devido ao contacto entre o rolo pivot e os pratos de apoio ao rolo de etiquetas, terminando a alimentação da fita com etiquetas. A Figura 47, demonstra o sentido da força do motor e de que forma esta irá influenciar o posicionamento do braço pivot. Figura 47 - Influência da força do motor que puxa a fita no posicionamento do braço pivot. Posto isto, na Figura 48, é possível perceber-se toda a amplitude associada a este movimento. Desta vez, analisando-o da vista de trás, onde a maior parte dos componentes que o constituem conseguem ser vistos com maior clareza. De notar que a amplitude máxima foi definida no software Inventor , editanto o comando ‘’ Joint ’’para que o braço pivot pivotasse 30 graus. Figura 48 - Amplitude do movimento do braço pivot. Sem a fita ser puxada pelo motor (à esquerda) e na sua amplitude máxima (à direita).
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 84 Neste sistema, há também o envolvimento do componente ‘’estrutura de fixação do braço pivot’’, previamente identificada na Figura 45. Esta peça encontra-se fixa na estrutura na cabeça da máquina de etiquetagem por intermédio de uma porca, e é responsável por conter uma das extremidades da mola helicoidal de tração. A outra extremidade da mola é colocada numa extrusão feita no braço pivot, braço este que também se encontra fixo nesta estrutura. A ideia para fixação do braço seria entre a estrutura e o braço colocar uma anilha e o mesmo ser feito entre o braço e a porca, garantindo que esta não é muito apertada para permitir que este consiga pivotar como pretendido. Como se pode perceber pela Figura 48, a mola helicoidal de tração é muito importante para um bom funcionamento do sistema. Esta tem a função de retornar o braço pivot à sua posição de origem e, uma vez nesta, manter ainda alguma tensão para que seja possível travar os pratos no seu movimento giratório. Caso tal não acontecesse e a mola estivesse na sua posição de origem, não seria exercida força suficiente contra os pratos por intermédio do rolo pivot, o que faria com que a fita continuasse a ser alimentada indesejadamente. Dada a importância da mola utilizada, é necessário fazer o dimensionamento desta. Assim, apresentase seguidamente o mesmo. • Dimensionamento da mola helicoidal de tração A mola helicoidal utilizada para o movimento do braço pivot é de tração. Esta necessita de ter um comprimento linear de 52,5 mm e de um diâmetro de arame de 1,40 mm, tal como demonstrado na Figura 49. Figura 49 – Desenho técnico da mola helicoidal de tração que será usada.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 85 Estas medidas foram obtidas depois de se utilizar um software que conseguia, a partir de inputs como comprimento da mola, diâmetro do arame e diâmetro exterior da mesma, calcular a força mínima e máxima que a mola em questão conseguiria suportar. Inicialmente, o objetivo seria que a mola possuísse, para o comprimento de 52,5 mm, alguma força pois é neste comprimento que esta deve ser capaz de parar a alimentação da fita, ou seja, a mola deve estar sob tensão até para o comprimento mínimo do seu funcionamento. Uma vez que não foi possível ter acesso a nenhuma máquina de etiquetagem com molas que desempenhassem funções similares às que são usadas no projeto, a única forma de se prever a força mínima necessária desta é através de profissionais entendidos na área da automação, que estimaram que seria necessária uma mola que tivesse como força mínima cerca de 5 N a 7 N. Para as medidas apresentadas no desenho técnico anterior e usando como material o aço inoxidável ( Stainless 17-7 A313 ), obtiveram-se os seguintes resultados [24]. Tabela 17 - Resultados obtidos para o dimensionamento da mola helicoidal de tração. Força Inicial 6,15 N Máxima força admitida 48,5 N Distância máxima que a mola pode percorrer 91,5 mm Número de espiras ativas 23 Estes outputs revelam o esperado. A mola projetada terá, então, uma força inicial de funcionamento de 6,15 N, tensão esta que terá de ser ultrapassada para que se faça o desenrolamento da fita. A distância máxima de 90 mm é mais que suficiente, pelo estudo que se fez do mercado, uma vez que o braço pivot apenas precisa de se separar ligeiramente dos pratos que mantém contacto com este para que a fita se consiga mover. • Conjunto escova de tensão e rolo guia Os dois últimos componentes do sistema de desenrolamento da fita das etiquetas são o rolo guia (estação 4) e a escova de tensão. A escova de tensão é algo comum de se ver numa máquina de etiquetagem pois tem a função de manter a fita tensionada e guiá-la de acordo com o pretendido. Se estivermos perante o caso em que na estação imediatamente anterior a fita possa ter alguma folga, a aplicação de uma escova de tensão permite que esta seja anulada da sua posição para a frente, colmatando, se necessário, as folgas que de um sistema de desenrolamento da fita podem surgir e, assim, aumentando a fiabiidade do processo.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 86 A fita passa, neste conjunto, entre a escova de tensão e o rolo guia tal como se pode verificar na Figura 50. Para a elaboração deste conjunto foi necessário proceder-se a uma extrusão onde a escova de tensão pode ser colocada através de um ajuste deslizante. Figura 50 - Conjunto escova de tensão e rolo guia. Sensor fotoelétrico das etiquetas O sensor fotoelétrico presente numa máquina de etiquetagem é um componente essencial, presente em todas as máquinas do mercado. Este, consegue comunicar ao controlador quando está perante uma nova etiqueta, para que o motor pare e se fique na posição ideal para a próxima etiqueta ser aplicada quando um outro sensor determinar a presença de outro saco de plástico. Isto, consegue-se através da capacidade deste sensor analisar a luz que passa de uma das suas extremidades para a outra, tendo a fita que passar por dentro deste sensor em forma de U. O sensor determina a quantidade de luz quando uma etiqueta se encontra na sua área de análise e a quantidade de luz no intervalo entre etiquetas, onde apenas se encontra a fita. O sensor pode ser comprado e tem que ser configurado. Para se configurar, primeiramente retira-se a etiqueta que se encontra no interior deste, para que só a fita esteja a ser analisada e pressionam-se os dois botões do sensor (tipicamente um ‘’+’’ e um ‘’–‘’), isto vai fazer com que o sensor ‘’aprenda’’ a quantidade de luz necessária para passar a fita. Depois disto, coloca-se na área de análise a etiqueta e fita e pressiona-se no botão ‘’-‘’, para ensinar ao sensor, desta vez, a quantidade de luz necessária para atravessar a fita e etiqueta. Posto isto, o sensor consegue identificar, por intermédio de um led, quando se encontra na presença apenas da fita. O sensor em questão é fixo numa extrusão da parte estrutural da cabeça da máquina de etiquetagem, através de um parafuso e é uma estação intermédia entre o sistema de desenrolamento e o sistema de inclinação. A modelação do sensor encontra-se seguidamente na Figura 51.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 87 Figura 51 - Modelação do sensor fotoelétrico. Sistema de inclinação da máquina de etiquetagem individual O sistema de inclinação de uma máquina de etiquetagem é mais um, a par dos sistemas de ajustes verticais e horizontais, que contribui para uma máquina mais versátil, com a capacidade de etiquetar diversos sacos de plástico e, por isto, permitir uma aplicação da etiqueta mais fiável e dinâmica. Este sistema não se encontra, atualmente, presente em muitas máquinas de etiquetagem do mercado e, quando está presente, é na parte estrutural da máquina, com os sistemas de ajuste vertical e horizontal. Isto significaria que o veio que suporta a cabeça da máquina de etiquetagem teria que rodar sobre si, algo que não seria prático e que iria aumentar o custo de máquina. O ideal é, então, arranjar forma de implementar na máquina de etiquetagem um sistema de inclinação simples e que não tivesse que sujeitar este veio a um movimento de rotação sobre o seu próprio eixo. Concluiu-se, depois de algum projeto, que a melhor maneira para elaborar o sistema de inclinação para ir de encontro às necessidades da empresa (máquina fácil de operar e tão pouco dispendiosa quanto possível) era integrá-lo na própria estrutura da cabeça da máquina de etiquetagem e utilizar um fuso que subisse ou descesse a placa de separação tanto quanto necessário. Assim, na Figura 52, está presente o sistema de inclinação obtido. De notar que, nesta, apenas estão representados os componentes que o constituem a fim de facilitar a compreensão geral do sistema. Note-se a existência de 3 rolos guia que não participam de forma direta no sistema de inclinação, são estes as estações 6, 7 e 11 da Figura 41. Estes foram incluídos na Figura 52 por contribuirem para uma melhor tensão da fita e, em consequência, promoverem uma aplicação mais eficaz. Inclusive, o rolo guia 7 tem a função de levar a fita ao rolo guia 8 perpendicularmente e o mesmo acontece do rolo guia 10 Sensor fotoelétrico
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 94 Sistema de enrolamento da fita das etiquetas O último sistema da máquina de etiquetagem individual é o sistema de enrolamento da fita das etiquetas que, tal como o próprio nome indica, é o responsável por enrolar a fita do rolo de etiquetas depois da aplicação destas, para facilitar a remoção do desperdício. Por forma a diminuir tanto quanto possível o custo, para ir de encontro com as necessidades da empresa, optou-se por não se utilizar um sensor ultrassónico ou infravermelho para que o motor responsável pelo enrolamento fosse rodando com o feedback fornecido por um destes sensores (procedimento padrão). O sistema selecionado é simples e conta com um conjunto braço pivot, botão e mola helicoidal de tração, o conjunto da peça de enrolamento e chave e o motor de enrolamento, devidamente identificados na Figura 63. Figura 63 - Componentes do sistema de enrolamento da fita das etiquetas. Para facilitar a compreensão do sistema estes serão explicados individualmente nos subapítulos seguintes. • Conjunto braço pivot, botão e mola helicoidal de tração Este conjunto é o principal responsável pelo enrolamento da fita neste sistema. O braço pivot encontrase fixo numa estrutura de fixação, tal como acontece para o sistema de desenrolamento da fita. Desta vez, esta estrutura de fixação possui uma extrusão que funciona como batente para impedir que este choque com as polias e correia que transmitem o movimento do motor. A fita, depois de puxada pelo sistema de acionamento tem que ser enrolada e o único ponto que garante a tensão da mesma desde os rolos de acionamento é o motor de enrolamento. Por isto, se o motor não
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 95 estiver ativo, a fita ficará bamba (sem tensão) entre as estações 12 e 15 da Figura 41. Este sistema pretende isso mesmo. Com a fita bamba e o motor parado, a mola puxará o braço pivot até que este toque no botão, como se pode observar na Figura 64, onde se tem toda a amplitude do movimento do braço pivot. Figura 64 - Amplitude do braço pivot depois de ativo o motor (à esquerda) e a premir o botão (à direita). Com o toque do braço pivot no botão, o motor será ativado durante um curto período de tempo, fazendo com que a fita enrole e, assim, adquira a tensão necessária. Este processo é repetido ao longo de todo o rolo da fita das etiquetas. A mola, fixa numa extrusão da parte estrutural da cabeça da máquina de etiquetagem e noutra extrusão do braço pivot, é igual à usada no sistema de desenrolamento. Neste, encontra-se em frequente extensão e compressão, visto ser esta a responsável pelo toque do braço pivot no botão e consequente enrolamento da fita. O rolo fixo no braço pivot pivota com este, sendo, tal como no sistema de desenrolamento da fita, um rolo guia pivot. • Conjunto chave e peça de enrolamento Num sistema de enrolamento do material é necessário garantir que este se encontra preso ao rolo que está a envolvê-lo. Por isto, foi criado um conjunto de uma chave e peça de enrolamento, onde a única função da chave é prender a extremidade da fita ao redor da peça de enrolamento e garantir que esta não pode ser descolada ou desprendida. Por sua vez, a peça de enrolamento deve suportar o peso do rolo da fita de etiquetas e conter um eixo onde se pode fixar uma polia para que o movimento do servo motor seja transmitido a este componente. Para prender a fita, inicialmente deve ser tirada a chave deste conjunto, fazer com que a fita dê uma volta em torno da peça de enrolamento e, por fim, encaixar a chave nas ranhuras da peça de
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 96 enrolamento, que vão garantir que esta fica fixa e não ocorra a oportunidade da fita se desprender. Pretende-se que fique como se demonstra na Figura 65. Figura 65 - Forma como a fita se enrola em redor da peça de enrolamento e chave. Isto irá garantir uma tensão adequada da fita e evitar deslizes na zona de enrolamento ou quebras. • Motor servo de enrolamento, polias e correia Tal como dito anteriormente, o motor servo de enrolamento é acionado durante um curto periodo de tempo quando o botão é pressionado pelo braço pivot, este encontra-se fixo à parte estrutural da cabeça da máquina de etiquetagem por intermédio de parafusos e porcas. A transmissão do movimento do motor à peça de enrolamento é feito por intermédio de duas polias fixas nos eixos do motor e da peça de enrolamento e uma correia do tipo trapezoidal T5, com um total de 71 dentes e 10 milímetros de largura como demostrado na Figura 66. Estas, foram dimensionadas no software inventor de forma automática com o comando ‘ ’Synchronous belts ’’. Figura 66 - Seleção de correia e polias. Assim, conclui-se a explicação de todos os sistemas envolvidos na máquina de etiquetagem individual.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 97 Para concluir este subcapítulo, resta apresentar a modelação final da máquina de etiquetagem individual. Esta encontra-se na Figura 67. Figura 67 – Máquina de etiquetagem individual projetada. 5.4. Máquina de etiquetagem de conjunto A máquina de etiquetagem de conjunto é muito similar à máquina de etiquetagem individual. No entanto, devido à necessidade de esta etiquetar os sacos do lado oposto da máquina de etiquetagem individual, tiveram de se adaptar alguns componentes. Assim, o presente subcapítulo focar-se-á na apresentação da máquina de etiquetagem de conjunto do projeto, porém, focando-se especialmente nas alterações que se deram de uma máquina para a outra. Neste subcapítulo não irá ser mencionada a parte estrutural da máquina de etiquetagem de conjunto, uma vez que esta é, em tudo, igual à parte estrutural da máquina de etiquetagem individual.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 98 5.4.1. Estrutura da cabeça da máquina de etiquetagem de conjunto A estrutura da cabeça da máquina de etiquetagem foi um dos componentes que sofreu alterações, devido ao facto da trajetória das etiquetas ter de ser invertida. Em comparação com a estrutura da cabeça da máquina de etiquetagem individual, esta alterou o posicionamento entre as zonas de desenrolamento e enrolamento da fita entre si, sendo a fita desenrolada em baixo e enrolada em cima, contrariamente à máquina de etiquetagem individual. Para além disto, esta máquina conta com uma estação a menos, tendo sido possível tirar um dos rolos guia. As estações que compõem a cabeça da máquina de etiquetagem de conjunto são numeradas na Figura 68. • Da primeira à quarta estação estão os diferentes pontos por onde a fita deve passar para percorrer todo o sistema de desenrolamento. • A quinta estação é o sensor fotoelétrico da máquina de etiquetagem individual. • Da sexta à décima estação estão englobadas todas as etapas responsáveis pelo sistema de inclinação • A décima primeira etapa compreende o sistema de acionamento, responsável por puxar a fita. • Da décima segunda até à décima quarta tem-se as estações envolvidas no sistema de enrolamento da fita, depois das etiquetas terem sido aplicadas. Figura 68 - Estações envolvidas na cabeça da máquina de etiquetagem de conjunto.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 99 Tal como para a máquina de etiquetagem individual, muitas das estações são rolos guia, em tudo semelhantes aos usados e explicados anteriormente. Volume de trabalho da máquina de etiquetagem de conjunto Uma das diferenças entre a máquina de etiquetagem de conjunto e a máquina de etiquetagem individual é o volume de trabalho que cada uma destas tem. Enquanto a máquina de etiquetagem de conjunto possui uma área ilimitada, desde que o rolo de aplicação esteja em contacto com os sacos de plástico, a máquina de etiquetagem tem o seu volume de trabalho limitado entre a trajetória dos sacos de plástico e os limites da máquina de movimentação dos sacos de plástico. Como se pode observar na Figura 69, a máquina de etiquetagem de conjunto (à esquerda) não terá tanta liberdade de movimento como a máquina de etiquetagem individual (à direita). Em termos de limitações verticais, a máquina de etiquetagem de conjunto não tem uma área de ajuste vertical tão grande como a máquina de etiquetagem individual porque caso se pretenda descer significativamente a máquina os pratos de apoio entrarão em contacto com a máquina de movimentação dos sacos, afetando o processo de desenrolamento. Por outro lado, se se pretender subir a máquina de etiquetagem a parte estrutural da mesma irá tocar nos rolos guia que direcionam os sacos de plástico depois de aplicada a etiqueta individual, afetando este processo. Figura 69 - Volume de trabalho da máquina de etiquetagem de conjunto. Para além disto, os ajustes horizontais também serão afetados, uma vez que a máquina se encontra limitada entre a trajetória dos sacos de plástico e estrutura da máquina responsável pela movimentação dos sacos de plástico. Para tentar contornar isto e fornecer uma maior amplitude de movimento à
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 100 máquina de etiquetagem de conjunto, reduziu-se a altura da estrutura da cabeça da máquina de etiquetagem cerca de 100 milímetros, podendo estes serem convertidos em ajustes verticais, se necessário. Além disto, a estrutura da máquina responsável pela movimentação dos sacos foi alterada para permitir a colocação da máquina de etiquetagem de conjunto de forma simplificada, alterando-se um dos suportes dos rolos guia para fornecer maior liberdade ao veio que transmite o movimento dos ajustes da parte estrutural da máquina. Esta última alteração pode ser entendida mais facilmente com a visualização da Figura 70. Figura 70 - Alteração do suporte da máquina de movimentação dos sacos para conferir maior liberdade à máquina de etiquetagem de conjunto. 5.4.2. Outras alterações Para além das alterações já mencionadas, houve a necessidade de inverter, tal como dito anteriormente, alguns componentes dos sistemas. As dimensões destes componentes mantiveram-se as mesmas, no entanto, como o sentido de aplicação da etiqueta foi alterado estes tiveram de sofrer algumas alterações. Seguidamente, na tabela 18, encontra-se a forma como cada sistema foi invertido.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 101 Tabela 18 - Comparação entre sistemas da máquina de etiquetagem de conjunto e máquina de etiquetagem individual. Sistema Máquina de etiquetagem de conjunto Máquina de etiquetagem individual Sistema de desenrolamento da fita Sistema de inclinação da placa de separação Sistema de enrolamento da fita das etiquetas A principal diferença nestes sistemas ocorre no sistema de inclinação da placa de separação. A placa de separação da máquina de etiquetagem de conjunto tem de ter a aresta definida onde a etiqueta se separa da fita, no lado oposto da máquina de etiquetagem individual, e o rolo de aplicação de etiquetas tem que estar em contacto com os sacos de plástico abaixo da placa de separação, caso contrário não conseguiria desempenhar a sua função. As molas helicoidais de tração estão sujeitas a forças semelhantes e por isso o dimensionamento destas é igual ao dimensionamento realizado para as da máquina de etiquetagem individual.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 102 O sistema de acionamento da fita é exatamente igual, a única diferença é o posicionamento que este ocupa na máquina de etiquetagem de conjunto, situando-se numa zona superior da cabeça da máquina de etiquetagem. Seguidamente, na Figura 71, tem-se a modelação final obtida para a máquina de etiquetagem de conjunto. Figura 71 - Modelação final da máquina de etiquetagem de conjunto. 5.5. Máquina responsável pelo movimento dos sacos Embora uma máquina para movimentar os sacos não estivesse, inicialmente, no projeto, considerou-se uma mais-valia a projeção e consequente modelação da mesma. Isto porque só faria sentido ter máquinas de etiquetagem automáticas se o material a ser etiquetado pudesse passar no local correto de forma corrente. A modelação da máquina que movimenta os sacos encontra-se na Figura 72.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 103 Figura 72 – Projeto da máquina que movimenta os sacos. Uma vez abertas as portas da máquina, é possível verificar a presença de sete estações distintas por onde os sacos de plástico devem passar: • Primeira estação: sistema de desenrolamento, conta com um motor que vai desenrolando a fita, um sensor ultrassónico que comunica com o motor a velocidade a que este deve rodar para garantir que os sacos são entregues a velocidade constante (isto porque, como visto anteriormente, a quantidade de sacos para a mesma velocidade de rotação no início do desenrolamento do rolo e no fim difere, graças à alteração do diâmetro) ; • Segunda estação: Sensor fotoelétrico; • Terceira estação: Rolo aplicador de etiquetas da máquina de etiquetagem individual; • Quarta estação: Rolo guia 1; • Quinta estação: Rolo guia 2; • Sexta estação: Rolo aplicador de etiquetas da máquina de etiquetagem de conjunto; • Sétima estação: Sistema de enrolamento dos sacos de plástico, depois da etiquetagem individual e de conjunto destes. Este sistema conta com os mesmos componentes da primeira estação.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 110 • M3: Motor de passo da máquina de etiquetagem individual que puxa a fita desde a estação de desenrolamento desta até ao conjunto rolo de acionamento e rolo de pressão; • M4: Servomotor da máquina de etiquetagem individual responsável pelo enrolamento da fita de etiquetas depois de estas serem aplicadas. É ativado pelo botão 1; • M5: Motor de passo da máquina de etiquetagem de conjunto que puxa a fita desde a estação de desenrolamento desta até ao conjunto rolo de acionamento e rolo de pressão; • M6: Servomotor da máquina de etiquetagem de conjunto responsável pelo enrolamento da fita de etiquetas depois de estas serem aplicadas. É ativado pelo botão 2; • S1: Sensor ultrassónico que controla a velocidade a que o motor 1 irá desenrolar os sacos de plástico por forma a alimentar o mesmo número de sacos por minuto ao longo de todo o processo; • S2: Sensor ultrassónico que controla a velocidade a que o motor 2 irá enrolar os sacos de plástico por forma a recolher o mesmo número de sacos por minuto ao longo de todo o processo; • S3: Sensor fotoelétrico que deteta a presença de um novo saco (através de uma tira presente nestes) e aciona M3 para que seja aplicada a etiqueta individual em cada saco. É responsável, também, por comunicar com M5 para que este faça a etiquetagem de 5 em 5 sacos; • S4: Sensor fotoelétrico que deteta se o posicionamento das etiquetas na máquina de etiquetagem individual é o correto para que se dê a aplicação; • S5: Sensor fotoelétrico que deteta se o posicionamento das etiquetas na máquina de etiquetagem de conjunto é o correto para que se dê a aplicação; • B1: Botão pressionado pelo braço pivot do sistema de enrolamento da máquina de etiquetagem individual sempre que existe folga na fita das etiquetas que comunica com M4 para que se recolha a fita em excesso; • B2: Botão pressionado pelo braço pivot do sistema de enrolamento da máquina de etiquetagem de conjunto sempre que existe folga na fita das etiquetas que comunica com M6 para que se recolha a fita em excesso. Para além dos componentes mencionados existe também um botão start , um botão stop e um botão de emergência. Relativamente ao funcionamento conjugado das máquinas, este inicia-se quando se pressiona o botão start ativando de imediato S1 e S2 que controlam M1 e M2, respetivamente. Estes sensores têm a capacidade de serem ‘’ensinados’’, pelo que a velocidade de enrolamento e desenrolamento é
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 111 coordenada entre si e conseguem guardar diferentes processos para, por exemplo, etiquetar diferentes tipos de sacos mexendo apenas nas configurações do sensor. Os motores M1 e M2 e os sensores S1 e S2 estão ativos ao longo de todo o processo, dado que os sacos têm de estar em constante movimento para que a aplicação das etiquetas seja efetuada. Como se sabe, a máquina de etiquetagem individual tem de etiquetar todos os sacos, mas a máquina de etiquetagem de conjunto faz a etiquetagem de 5 em 5 sacos, no terceiro saco de cada conjunto. Por isto é necessário implementar um contador no processo que esteja zerado no início do mesmo para que seja possível aplicar a etiqueta de conjunto na zona esperada. Posto isto, é necessário que o sensor S4 tenha um valor lógico de 1 (ou seja, etiqueta encontra-se pronta a etiquetar) e, quando S3 detetar a presença de um saco, é ativado M3, aplicando-se assim uma etiqueta individual e somando-se uma unidade à numeração que o contador tinha previamente. Isto, irá fazer com que o rolo de acionamento seja rodado e, em consequência, haja alguma folga entre o rolo de acionamento ativado por M3 e o sistema de enrolamento da máquina de etiquetagem individual, o que leva à movimentação do braço pivot. Neste ponto, o sistema pode-se desenvolver de duas formas: • Se o braço pivot pressionar B1, M4 é ativado durante um segundo oferecendo novamente tensão à fita nesta parte do processo; • Se o braço pivot se movimentar na direção de B1, mas não chegar a pressionar, M4 não é ativo e será necessário que M3 seja acionado (à medida que se vão aplicado etiquetas individuais) até que se dê este contacto. Este cenário, permite a exclusão de um conjunto de sensor e controlador que iriam controlar a tensão na fita depois da estação onde M3 se encontra e, para além disto, teriam de rotacionar M4 a diferentes velocidades ao longo do processo, uma vez que com a variação do diâmetro do rolo enrolado irá, também, variar o número de metros de fita por rotação. O processo de aplicação das etiquetas individuais até este ponto será repetido até que se apliquem 3 etiquetas individuais (enquanto contador<3). Quando o contador tiver valor igual a 3 e S5 tiver valor lógico igual a 1 (etiqueta da máquina de etiquetagem de conjunto estiver posicionada no local correto) e é ativado M5, aplicando-se assim a etiqueta do conjunto de 5 sacos de plástico. Tal como para a máquina de etiquetagem individual, uma
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 112 vez aplicada a etiqueta de conjunto o braço pivot da máquina de etiquetagem de conjunto irá ser movimentado. Neste caso, o botão que pode ser pressionado é B2 e, caso isso aconteça. M6 é ativado durante 1 segundo, enrolando-se assim a fita das etiquetas de conjunto. Caso B2 não seja pressionado, M6 não é ativo e será necessário que mais etiquetas sejam aplicadas para que o braço retorne à sua posição inicial. Depois disto, e se S3 e S4 estiverem ativos, é ativado M3 e acrescentado uma unidade ao contador. Neste ponto, mais uma vez, B1 pode ou não ser pressionado, fazendo com que M4 possa ter movimento de rotação durante 1 segundo. O processo explicado neste parágrafo é realizado enquanto o contador não possuir um valor de 5 unidades. Uma vez chegando a este ponto, as máquinas podem continuar o mesmo processo de etiquetagem caso não se carregue no botão stop ou, se este for pressionado para parar a produção, regressa-se à etapa inicial, onde se deve pressionar o botão start para reiniciar o processo. Na seguinte Figura 81, encontra-se o grafcet que descreve o processo mencionado anteriormente. A modelação apresentada foi feita no software Fluidsim. Pela análise do grafcet da Figura 81, consegue-se perceber que este é composto por 12 etapas e 18 transições. As transições definem o avanço de cada etapa, ou seja, só se irá passar para a etapa seguinte se a condição de transição se verificar. Seguidamente, serão enunciadas as etapas e descrita cada uma destas: • Etapa 0 – Etapa de iniciação; • Etapa 1 – Inicio da rotação dos motores da máquina que movimenta os sacos de plástico. Para além disto, o contador é zerado. Evolui-se para esta etapa uma vez sendo pressionado o botão start .; • Etapa 2 – A etapa dois corresponde à aplicação da primeira etiqueta individual do grupo de 5 sacos. O sistema evolui para esta uma vez detetado um novo saco e que a etiqueta se encontra na posição correta para a sua aplicação. Para além disto, o contador soma uma unidade ao valor que este já tinha. Nesta etapa, os motores da máquina que movimenta os sacos têm a sua velocidade de rotação ajustada dada a mudança no diâmetro de cada lado; • Etapa 3 – Etapa correspondente ao recolhimento da fita por parte do motor de enrolamento, acionada pelo botão 1. Nesta etapa os motores da máquina que movimenta os sacos têm a sua velocidade de rotação ajustada dada a mudança no diâmetro de cada lado;
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 113 • Etapa 4 – Etapa ativada caso o botão 1 não seja pressionado, ou seja, nesta apenas o motor 1 e o motor 2 se encontram ativos, controlados pelo sensor 1 e sensor 2; • Etapa 5 – Etapa para calibrar velocidade dos motores da máquina responsável pelo movimento dos sacos. É ativa depois da etapa 3 ou da etapa 4 (mecanismo ‘’ou’’ incorporado no grafcet); • Etapa 6 – Ativada quando o sensor fotoelétrico das etiquetas de conjunto comunicar que esta se encontra no local esperado e o contador possuir três unidades, ou seja, depois de se aplicarem as três primeiras etiquetas de individuais. É nesta que se dá a aplicação da primeira etiqueta de conjunto. Nesta etapa, os motores da máquina que movimenta os sacos têm a sua velocidade de rotação ajustada dada a mudança no diâmetro de cada lado; • Etapa 7 – Etapa onde se dá o recolhimento da fita por parte do motor de enrolamento, acionada pelo botão 2. Tal como nas outras etapas, os motores da máquina que movimenta os sacos têm a sua velocidade de rotação ajustada dada a mudança no diâmetro de cada lado; • Etapa 8 – Similar à etapa 4, esta etapa só será ativada caso o botão 2 não seja pressionado. Nesta apenas o motor 1 e o motor 2 se encontram ativos, controlados pelo sensor 1 e sensor 2. As etapas 9, 10, 11 e 12 têm funcionamento igual às etapas 2, 3, 4 e 5, respetivamente. Isto porque nas etapas 2, 3, 4 e 5 se aplicam as primeiras três etiquetas individuais e nas etapas 9, 10, 11 e 12 se aplicam a quarta e quinta etiquetas individuais. A diferença entre estas é a numeração que o contador irá possuir, sendo que será repetido enquanto o contador não for igual a 5. Posto isto, o sistema pode parar, se for pressionado o botão stop, ou pode retomar o seu funcionamento, quando o contador contar 5 unidades, a partir da etapa 1, para que seja aplicada a primeira etiqueta de um novo conjunto de 5 sacos de plástico.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 114 Figura 81 - Grafcet do funcionamento do sistema projetado.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 115 6.1. Programação em linguagem LADDER Este subcapítulo tem como propósito a elaboração do diagrama LADDER correspondente ao processo da etiquetagem previemanete explicado. Este, será feito convertendo-se o grafcet da Figura 81. Depois de desenvolvido o diagrama, este pode ser escrito num software como o CX-programmer , capaz de controlar um PLC e, assim, implementar o grafcet desenvolvido pela ordem pretendida de uma forma lógica. Este subcapítulo conta com a elaboração das condições de transposição das transições e respetivo diagrama Ladder, elaboração das equações de atividade da etapa e respetivo diagrama LADDER e, por fim, o diagrama Ladder da ativação de componentes. 6.1.1. Diagramas LADDER A linguagem LADDER é uma linguagem normalizada que tem a capacidade de efetuar a programação de um PLC. Neste subcapítulo irá ser desenvolvida toda a conversão do grafcet da Figura 81, para linguagem Ladder, para que se crie um programa para controlo do PLC capaz de proceder ao controlo de todos os sistemas envolvidos nas três máquinas presentes no sistema. Para que se chegue a este ponto, inicialmente é necessário que se elaborem as equações para as condições de transposição das transições. Estas, têm uma fórmula geral presente na equação 6.1 [25]. onde, - 𝑋𝑀𝑗: Variável booleana associada à etapa 𝑀𝑗. - 𝑅(𝑞): Receptividade associada à transição (q) 𝐶𝑇(𝑞)=ቌෑ𝑋𝑀𝑗 𝑚 𝑗=1 ቍ.𝑅(𝑞) (6.1)
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 116 Figura 82 - Representação das variáveis mencionadas na equação 6.1 [25]. Posto isto, seguidamente apresentam-se as condições de transposição das transições envolvidas no sistema dos equipamentos: • CT0 = X0.START; • CT1 = X1. S1. S2. S3. S4; • CT2 = X2. ↑B1. S1. S2; • CT3 = X3. 1s/X3. S1. S2; • CT4 = X2. ↓B1. S1. S2; • CT5 = X4. S1. S2; • CT6 = X5. Contador<3. S1. S2. S3. S4; • CT7 = X5. Contador=3. S1. S2. S5; • CT8 = X6. ↑B2. S1. S2; • CT9 = X7. 1s/X7. S1. S2. S3. S4; • CT10 = X6. ↓B2. S1. S2; • CT11 = X8. S1. S2. S3. S4; • CT12 = X9. ↑B1. S1. S2; • CT13 = X10. 1s/X10. S1. S2; • CT14 = X9. ↓B1. S1. S2; • CT15 = X11. S1. S2; • CT16 = X12. Contador<5. S1. S2. S3. S4; • CT17 = X12. Contador=5. NOT(STOP); • CT18 = X12. STOP. Depois de estas serem elaboradas pode-se desenvolver o diagrama correspondente às condições de transposição das transições. Diagrama esse que se encontra na Figura 83.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 117 O próximo passo é a elaboração das equações de atividade da etapa. Tal como para as transições, também estas possuem uma fórmula geral que se apresenta na equação 6.2 [25]. Figura 83Diagrama Ladder das condições de transposição das transições.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 118 onde, - 𝐶𝑇(𝑝𝑗): Condição de transposição da transição (𝑃𝑗); - 𝑝: transição anterior à etapa i; - 𝑛: transição posterior à etapa i. Figura 84 - Representação das variáveis mencionadas na equação 6.2 [25]. Posto isto, seguidamente apresentam-se as equações para a atividade de cada etapa: • X0(t+1) = CT18 + (X0(t)./CT0); • X1(t+1) = CT0 + CT17 + (X1(t)./CT1); • X2(t+1) = CT1 + CT6 + (X2(t)./CT2./CT4); • X3(t+1) = CT2 + (X3(t)./CT3); • X4(t+1) = CT4 + (X4(t)./CT5); • X5(t+1) = CT3 + CT5 + (X5(t)./CT6./CT7); • X6(t+1) = CT7 + (X6(t)./CT8./CT10); • X7(t+1) = CT8 + (X7(t)./CT9); • X8(t+1) = CT10 + (X8(t)./CT11); • X9(t+1) = CT9 + CT11 + (X9(t)./CT12./CT14); • X10(t+1) = CT12 + (X10(t)./CT13); • X11(t+1) = CT14 + (X11(t)./CT15); • X12(t+1) = CT13 + CT15 + (X12(t)./CT16./CT17). Depois da elaboração destas, pode-se desenvolver o diagrama Ladder de ativação das etapas. Diagrama esse que se encontra na Figura 85. 𝑋𝑖(𝑡+1)=𝐶𝑇(𝑝𝑗)+𝑋(𝑡).ෑ𝐶𝑇(𝑛𝑘) ത ത ത ത ത ത ത ത ത ത 𝑛 𝑘=1 𝑝 𝑗=1 (6.2)
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 119 Figura 85 - Diagrama Ladder da ativação das etapas.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 126 Figura 89 - Programação das ações por etapa (continuação).
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 127 A programação feita anteriormente nas figuras 87, 88 e 89 é o que permite implementar toda a programação Ladder elaborada e controlar M1, M2, M3, M4, M5, M6 e o contador através dos inputs fornecidos por S1, S2, S3, S4, B1 e B2. Existem, também, dois temporizadores (um em cada máquina de etiquetagem) que detetam quando cada um dos botões são pressionados e comunicam tal feito para que a fita seja enrolada. Uma vez pressionado o botão start dar-se-á início ao funcionamento das máquinas e o PLC terá capacidade de controlar os atuadores mencionados anteriormente. Figura 89 - Programação das ações por etapa (final).
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 128 Como anteriormente mencionado, a empresa produz tanto sacos em que a etiquetagem se faz em conjuntos de 5 como sacos em que esta se dá em conjuntos de 3, ainda que a produção associada a este caso seja substancialmente reduzida. Quando se realizou o estabelecimento e especificações do produto, uma das especificações desejadas (ou seja, algo que não seria imperativo adicionar, mas que seria uma mais-valia) seria a possibilidade de o sistema de etiquetagem ser capaz de etiquetar tanto em conjuntos de 5 como de 3. Por isto, tomou-se a iniciativa de se fazer um grafcet e programação em PLC para a etiquetagem em conjuntos de 3. O raciocínio foi muito parecido ao que se usou no presente capítulo e, por isto, o grafcet e respetiva programação em CX-programmer deste funcionamento do sistema podem ser observados no Anexo II.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 129 7. Conclusões e trabalhos futuros Para que se conclua o trabalho, é importante fazer-se uma avaliação geral de tudo o que foi desenvolvido e analisar de que forma isto irá impactar a produção da empresa. Quando surgiu a possibilidade de se desenvolver a presente dissertação na empresa Maia & Borges o tema foi deixado em aberto. A empresa pretendia apenas que algum dos pontos do último passo do processo produtivo (etiquetagem e embalamento) fosse automatizado. Depois de um estudo do mercado, a sugestão dada à empresa foi a automatização da etiquetagem, visto que não existiam máquinas de etiquetagem prontas a ser vendidas que desempenhassem a função pretendida, o que iria fazer com que esta tivesse de ser desenvolvida de raiz para a empresa, aumentando o custo da mesma. A sugestão passava, então, por se fazer a etiquetagem individual de cada saco. Ainda que o foco tivesse sido a etiquetagem individual, não se descartou a possibilidade de se fazer um 2 em 1, dada a parecença das duas operações (etiquetagem individual e de conjunto dos sacos). Por isto, o sistema foi elaborado de forma que todo o processo de etiquetagem feito pela empresa pudesse ser realizado apenas com o sistema desenvolvido. Assim, o sistema de etiquetagem projetado contém uma máquina de etiquetagem individual, uma máquina de etiquetagem de conjunto e uma máquina que movimenta os sacos de plástico. Relativamente a melhorias produtivas, depois de se realizar um estudo da produção da empresa no ano de 2022, foi possível aglomerar alguns dados relativamente á mesma. A empresa possui, de momento, 4 funcionários encarregues da parte da etiquetagem. Estes, aplicando as etiquetas manualmente, conseguem fazer a aplicação de etiquetas em 5.95 milhões de sacos anualmente, o que dá uma média de 44 etiquetas por minuto. Este valor não vai de encontro ao pretendido pela empresa, uma vez que esta pretendia etiquetar 7 milhões de figuras no ano de 2022 e 13 milhões no presente ano de 2023. Isto, só irá ser possível recorrendo à automatização desta parte do processo. A empresa definiu o número ideal de 20 milhões de sacos produzidos anualmente, valor para o qual se fez o dimensionamento dos motores. Depois de se proceder à escolha dos motores no capítulo 5, percebe-se que estes podem ainda aumentar esta produção significativamente, porque o valor limitativo para o seu dimensionamento foi a inércia do veio do motor e não a velocidade de rotação pretendida, ou seja, em termos de velocidade havia vários motores disponíveis para desempenhar a função, no entanto, devido à massa que tinha de ser movimentada, teve de se escolher um motor de uma gama mais elevada. Pela análise das curvas de funcionamento dos motores selecionados, consegue-se perceber que os 20 milhões de sacos anuais a etiquetar podem passar para os 30 milhões, manifestando-se numa produção de, sensivelmente, 220 etiquetas aplicadas por minuto.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 130 Atualmente, a empresa tem rolos de sacos de 1000 unidades, rolos de etiquetas de conjunto de 2000 unidades e rolos de etiquetas individuais de 4000 unidades. Uma das sugestões, foi o aumento do rolo dos sacos e das etiquetas individuais para, pelo menos, o dobro, para que a produção útil fosse duplicada. A empresa comprometeu-se a fazer esta pequena mudança se o projeto fosse aplicado. O valor ideal mencionado anteriormente deve ser calculado na forma de produção real, e não útil. Ou seja, é preciso que a produção supere os 20 milhões de sacos, adicionando-se ao tempo de produção útil o tempo que é necessário para distribuir os rolos de etiquetas e de sacos de plástico pelas máquinas. Para uma produção de 220 sacos por minuto, sabe-se que com rolos de 2000 sacos, estes têm de ser repostos de 9 em 9 minutos (2000/220). As etiquetas de conjunto de 45 em 45 minutos e as etiquetas individuais de 36 em 36 minutos. Para um ciclo de 3 horas (10800 segundos), os rolos dos sacos têm de ser repostos 20 vezes, os rolos das etiquetas de conjunto 2 vezes (admitindo etiquetagem de 5 em 5) e os rolos de etiquetas individuais 5 vezes. O que dá uma paragem total do sistema de 810 segundos por cada ciclo de 3 horas (600 segundos para os sacos de plástico, 60 para etiquetas de conjunto e 150 para etiquetas individuais). Assim, é possível admitir um tempo útil de produção de 87%, sendo 13% do tempo total de produção para o abastecimento de novos rolos (10800/810 ≈ 13%). Ajustando o anterior valor de 220 etiquetas por minuto para uma produção útil de 87%, obtém-se o valor de 191 etiquetas, valor este que é consideravelmente superior às 150 etiquetas por minuto que a empresa pretendia, com uma subida de cerca de 128% (subida de mais de 430% relativamente à produção atual). Para além das mudanças da produção, prevê-se que o trabalho final obtido seja significativamente melhor relativamente ao realizado até aqui. A máquina permitirá diminuir os enrugamentos e imperfeições inerentes à aplicação manual de etiqueta. Para além disto, o projeto terá um posicionamento da etiqueta correto e sistemático, contribuindo para a melhoria da imagem da empresa. Relativamente a custos, a empresa já tinha abordado uma outra entidade para desenvolver parte do projeto que se desenvolveu na dissertação, uma máquina de etiquetagem individual, apenas. Esta, ofereceu um orçamento de 12000 euros. Depois de efetuada a pesquisa do mercado, é possível admitir um valor mínimo de 25000 euros para a totalidade do projeto, valor este que para a empresa é demasiado elevado. Estima-se que o custo final do projeto desenvolvido na presente dissertação esteja entre 10000 e 15000 euros, reduzindo significativamente o custo do mercado. Alia-se a isto, graças à predominância dos sistemas puramente mecânicos no projeto, o facto dos custos relativos às manutenções também serem reduzidos.
Estudo, conceção e desenvolvimento de um processo automático de etiquetagem em embalagens flexíveis 131 Analisando-se a lista de especificações para o sistema desenvolvido, na tabela 9, é possível concluir que entre as 12 especificações reunidas, as 5 especificações exigidas foram cumpridas, tal como outras 5 especificações desejadas. O corte dos sacos e a inclusão de um sensor para verificar a legibilidade das etiquetas não foram incluídos no projeto, principalmente devido ao custo associado a ambos. Devido à fiabilidade do processo, um sensor deste tipo não seria justificável, ainda para mais quando as principais empresas da área de etiquetagem não recorrem à utilização do mesmo a não ser que a aplicação tenha de ser muitíssimo exata, algo que não é o caso. O corte dos sacos não fazia parte das exigências da empresa e, para que a velocidade deste ultrapassasse a produção atual, seria necessário um investimento significativo, dada a complexidade do projeto, o que não ia de encontro com o pretendido pela empresa. No que diz respeito às especificações exigidas, todas foram cumpridas, conseguindo-se desenvolver uma operação fiável, com um preço acessível e com boa cadência de produção. Para além disto, o sistema desenvolvido tem a capacidade de etiquetar diferentes tamanhos de sacos de plástico e consegue usar as etiquetas previamente impressas pela empresa. A isto, adicionaram-se, ainda, algumas especificações desejadas, como é o caso de o sistema satisfazer as necessidades de produção futuras e possuir manutenção e troca do material fácil. É possível, através das programações do PLC elaboradas, proceder-se à etiquetagem em conjuntos de 5 ou de 3 sacos de plástico. Todas estas especificações contribuem para um sistema de etiquetagem final mais completo. Relativamente a trabalhos futuros, em primeiro lugar, considera-se importante a elaboração de uma análise pormenorizada de forma a apresentar orçamentos exatos à empresa, uma vez que este era o fator mais importante desde o início da elaboração do projeto. Para isto, e em segundo lugar, pode-se complementar o projeto designando-se materiais exatos para cada um dos componentes projetados e modelados. Por fim, devem ser escolhidos, nesta fase, os sensores fotoelétricos e os ultrassónicos com os respetivos controladores, para que o projeto seja finalizado.
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