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SUMÁRIO

Prefácio.................................................................................................................................vii

Introdução..............................................................................................................................ix

PARTE 1 CONCEITOS E TECNOLOGIAS BÁSICOS ASSOCIADOS À MECATRÔNICA....... 1

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO À MECATRÔNICA ............................................................. 1

1.1 Introdução 2 • 1.2 A mecatrônica no contexto da automação 3 • 1.3 Sistema biológico versus sistema mecatrônico 5 • 1.4 Mecatrônica: definições básicas 5 • 1.5 A formação em mecatrônica 8 • 1.6 Con- ceitos básicos de mecatrônica 9 • 1.7 Níveis de automação 10 • Conclusão 11 • Referências bibliográ- ficas 11

CAPÍTULO 2 CONCEPÇÃO DE SISTEMAS MECATRÔNICOS........................................ 13 2.1 Introdução 14 • 2.2 Sistemas mecânicos passivos 14 • 2.3 Sistemas mecânicos ativos 17 • 2.4 Siste- mas mecânicos ativos com realimentação elétrica: sistemas mecatrônicos 20 • Conclusão 26 • Referências bibliográficas 27

CAPÍTULO 3 INTEGRAÇÃO DE SISTEMAS AUTOMATIZADOS .................................... 28 3.1 Introdução 29 • 3.2 Sistemas produtivos 29 • 3.3 A automação no Brasil 30 • 3.4 Sistemas au- tomatizados — conceitos e definições 30 • 3.5 Elementos de um sistema automatizado 34 • 3.6 Norma internacional IEC 61131-3 38 • 3.7 Grafo de comando etapa e transição (Grafcet) 41 • 3.8 Elementos do Grafcet 42 • 3.9 Regras de evolução do Grafcet 48 • Conclusão 52 • Referências bibliográficas 52

CAPÍTULO 4 SENSORES INDUSTRIAIS.......................................................................... 55 4.1 Introdução 55 • 4.2 Critérios para a especificação de sensores 57 • 4.3 Sensores utilizados como transdutores 58 • 4.4 Sensores de proximidade 63 • 4.5 Detecção de erro em sistemas automatizados 73 • 4.6 Sensores para medida de posição e velocidade 74 • 4.7 Sensores para medida de força e pressão 80 • 4.8 Termopares 81 • 4.9 Pontes extensométricas ( strain gauges ) 81 • 4.10 Sensores para medida da variável de pressão 83 • 4.11 Sensores para medida de aceleração 84 • 4.12 Sensores de orientação e posicionamento 85 • 4.13 Utilização de sensores em robótica 87 • 4.14 Sensores de uso educacional 88

• Conclusão 92 • Referências bibliográficas 92

CAPÍTULO 5 MODELAGEM DE SISTEMAS MECATRÔNICOS ....................................... 93 5.1 Introdução 94 • 5.2 Ferramentas para modelagem de sistemas mecatrônicos 94 • 5.3 Descrição de atua- dores utilizados em sistemas mecatrônicos 95 • 5.4 Sistema de transmissão mecânica 98 • 5.5 Sistemas de controle em malha aberta 102 • 5.6 Sistemas de controle em malha fechada 103 • 5.7 Modelagem de sistemas de acionamento 105 • 5.8 Exemplos práticos 112 • Conclusão 118 • Referências bibliográficas 119

CAPÍTULO 6 CONCEITOS BÁSICOS DE ELETRÔNICA RECONFIGURÁVEL................ 120 6.1 Introdução 121 • 6.2 Computação reconfigurável 121 • 6.3 Ambientes para implementação de eletrô- nica embarcada 125 • 6.4 Implementação de controlador proporcional (P) 127 • 6.5 Implementação de um controlador PID 131 • Conclu são 136 • Referências bibliográficas 138

PARTE 2 ROBÓTICA INDUSTRIAL ................................................................................. 141

CAPÍTULO 7 INTRODUÇÃO À ROBÓTICA INDUSTRIAL........................................... 141 7.1 Introdução 142 • 7.2 Histórico 142 • 7.3 Fatores que beneficiaram o desenvolvimento dos robôs industriais 145 • 7.4 Vantagens e desvantagens da robótica industrial 145 • 7.5 Conceitos básicos de um robô 148 • 7.6 Principais aplicações dos robôs industriais 150 • Conclusão 151 • Referências biblio- gráficas 152

vi Sumário

CAPÍTULO 8 ASPECTOS CONSTRUTIVOS DE MANIPULADORES ROBÓTICOS........ 154

8.1 Introdução 154 • 8.2 Robôs industriais 154 • 8.3 Classificação 157 • 8.4 Sensores 163

• 8.5 Acionamento e controle de robôs 164 • 8.6 Programação de robôs 169 • 8.7 Precisão e capacidade de repetição 169 • 8.8 Garras e ferramentas 169 • Conclusão 151 • Referências bibliográficas 174

CAPÍTULO 9 PROGRAMAÇÃO DE ROBÔS INDUSTRIAIS.......................................... 175 9.1 Introdução 176 • 9.2 Estrutura de controle de um robô industrial 176 • 9.3 Programação de tarefas em robôs industriais 176 • 9.4 Métodos de programação de robôs industriais 182 • 9.5 Linguagem de progra- mação de robôs 186 • 9.6 Programação off-line de robôs industriais 191 • Conclusão 194 • Referências bibliográficas 195

CAPÍTULO 10 MODELAGEM CINEMÁTICA DE ROBÔS.............................................. 196 10.1 Introdução 197 • 10.2 Sistemas de referência 198 • 10.3 Modelo geométrico 199 • 10.4 Exemplos de aplicação 201 • 10.5 Cálculo da matriz de transformação de coordenadas pelo método de Denavit-Hartenberg 202 • 10.6 Cálculo da matriz de transformação de coordenadas utilizando vetores locais 205 • 10.7 Descrição da matriz de orientação por meio de ângulos 212 • 10.8 Modelo cinemático inverso 214 • 10.9 Obtenção do modelo cinemático pela matriz jacobiana 216 • 10.10 Exemplos de aplicação 218 • Conclusão 224

• Referências bibliográficas 224

CAPÍTULO 11 GERAÇÃO DE TRAJETÓRIAS E CONTROLE DE MOVIMENTOS DE UM ROBÔ........................................................ 226 11.1 Introdução 227 • 11.2 Programação de tarefas de robôs 228 • 11.3 Proposta de algoritmo numérico para a geração de trajetórias 228 • 11.4 Implementação de algoritmo 230 • 11.5 Discretização do caminho 232

• 11.6 Exemplos de simulação 236 • 11.7 Interpolação e filtragem de pontos de passagem no espaço das juntas 237 • Conclusão 254 • Referências bibliográficas 255

CAPÍTULO 12 MODELAGEM DINÂMICA E CONTROLE DE MANIPULADORES ROBÓTICOS ......................................................................................... 256 12.1 Introdução 257 • 12.2 Equações dinâmicas de um robô 257 • 12.3 Exemplo de aplicação com pêndulo duplo 260 • 12.4 Projeto de um controlador PID 261 • 12.5 Exemplos de implementação de controlado- res PID 269 • 12.6 Implementação do sistema de controle de uma junta 272 • 12.7 Implementação do controlador 275 • Conclusão 279 • Referências bibliográficas 279

PARTE 3 AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ............................................................................ 282

CAPÍTULO 13 CONTROLADORES PROGRAMÁVEIS INDUSTRIAIS ........................... 282 13.1 Introdução 283 • 13.2 Descrição 283 • 13.3 Princípio de funcionamento 284 • 13.4 Arquitetura 284 • 13.5 Linguagem de programação 286 • Conclusão 292 • Referências bibliográficas 292

CAPÍTULO 14 SISTEMAS DE SUPERVISÃO EM AUTOMAÇÃO ................................... 293 14.1 Introdução 294 • 14.2 Sistemas de supervisão 294 • 14.3 Sistema SCADA 295 • 14.4 Principais ca- racterísticas de um sistema SCADA 296 • 14.5 Sistema de supervisão industrial 300 • 14.6 Principais funcio- nalidades de um sistema de supervisão industrial 303 • Conclusão 313 • Referências bibliográficas 313

CAPÍTULO 15 REDES DE COMUNICAÇÃO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL: APLICAÇÕES DO FIELDBUS ................................................................ 315 15.1 Introdução 316 • 15.2 Sistemas concentrados e distribuídos 317 • 15.3 Conceitos básicos de redes de comunicação em automação 317 • 15.4 Estações de monitoramento SCADA 323 • 15.5 Aplicações de redes de comunicação 327 • 15.6 Tecnologias de comando 330 • 15.7 Redes de comunicação Fieldbus TM 332 • 15.8 Exemplo de aplicação 339 • Conclusão 347 • Referências bibliográficas 347

Conclusão .......................................................................................................................... 349

Terminologia básica usada no texto.................................................................................... 350

Índice................................................................................................................................. 351

viii Prefácio

procure rever um conceito ou verificar como se encadeiam as diversas noções necessárias para o entendimento de uma situação concreta.

Hans Ingo Weber Professor Titular da Unicamp e da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

INTRODUÇÃO

Nos últimos anos o mundo vem presenciando enormes avanços na microeletrônica; os circuitos eletrônicos são cada vez mais rápidos e eficientes, com redução significativa de dimensões e custos. Associados diretamente à microeletrônica, os sistemas microprocessados digitais e a ciência da computação também se desenvolvem rapidamente, num círculo virtuoso com o desenvolvimento de computadores mais poderosos com capacidade de implementação de aplicações mais complexas, que por sua vez exigem cada vez mais capacidade computacional. O desenvolvimento dos circuitos integrados possibilitou a produção em larga escala e com baixo custo de microprocessadores dedicados conhecidos como microcontroladores. Hoje, esses dis- positivos eletrônicos estão presentes não apenas em máquinas e equipamentos industriais, mas também em automóveis, máquinas de lavar, sistemas de ar condicionado, videocassetes etc. Os sistemas mecânicos também sofreram profundas modificações conceituais com a incorporação da capacidade de processamento e, com isso, tornaram-se mais rápidos, eficientes e confiáveis, com custos de implementação cada vez menores. Tudo isso vem causando uma revolução tecnológica na engenharia e na sociedade em geral, e, com a crescente utilização de componentes eletrônicos (como sensores, atuadores eletromecâ- nicos e circuitos de controle) no acionamento e no controle de sistemas mecânicos, a mecatrônica — que pode ser definida como a integração de conhecimentos nas áreas de mecânica, eletrônica e computação — vem ganhando destaque, pois essa combinação possibilita a simplificação dos sistemas mecânicos, a redução de custos e do tempo de desenvolvimento e a obtenção de produtos com elevado grau de flexibilidade e capacidade de adaptação a diferentes condições de operação. Além disso, os conceitos de mecatrônica podem ser empregados numa vasta gama de aplicações, como na automação industrial, na biocibernética, na domótica etc. Este livro enfoca a mecatrônica com ênfase na automação da manufatura, mas também apresenta alguns exemplos de aplicação relativos às áreas de domótica e biocibernética, que é o foco adotado no curso de engenharia de controle e automação da Unicamp, de cujo processo de implementação o autor participou intensiva e efetivamente. Seu principal objetivo ao elaborar este livro foi fornecer ao leitor tanto uma introdução ao assunto como um complemento à formação profissional. Não se pretende que seja uma obra completa na área, o que, aliás, seria impossível, dadas a diversidade e a complexidade inerentes a uma abordagem detalhada de todos os temas aqui contemplados. Os capítulos introdutórios e de revisão poderão ser usados nos primeiros anos de formação profissional, enquanto os capítulos mais avançados, com aplicações direcionadas à indústria, podem ser muito úteis para alunos que se encontram no final do curso de engenharia. Para os profissionais da área, todo o conteúdo pode se constituir em complemento à sua formação e também em uma maneira de ampliar horizontes e perspectivas futuras. O livro é composto de partes distintas e interdependentes, que podem ser utilizadas segundo o nível de conhecimento e o interesse do leitor, estando assim dispostas:

• Parte I — Compreende os capítulos 1 a 6, em que são abordados os conceitos básicos e as tecnologias de base relacionadas à mecatrônica. O Capítulo 1 apresenta a mecatrônica, no contexto da automação industrial, como uma ciência aplicada baseada em conhecimen- tos científicos e práticos que é fundamental para o desenvolvimento e a competitividade de empresas, ao elevar a atividade humana a níveis mais condizentes com sua condição, visando ao aumento da qualidade dos produtos e à redução de custos de produção. No Capítulo 2 são descritas as características básicas dos sistemas mecânicos passivos e ativos com realimentação mecânica e, no Capítulo 3, são apresentados os conceitos básicos de au- tomação e ferramentas para a descrição de sistemas automatizados, com ênfase na utilização

A mecatrônica pode ser compreendida como uma filosofia relacio- nada à aplicação combinada de conhecimentos de áreas tradicionais, como a engenharia mecânica, a eletrônica, controle e a computação, de forma integrada e concorrente. Neste capítulo são apresentados conceitos básicos relacionados à área de mecatrônica, apresentando algumas definições básicas e aspectos relacionados à formação profissional em mecatrônica em níveis nacional e internacional e implicações impostos pelas alterações tecnológicas, sociais e econômicas.

1.1 Introdução

1.2 A mecatrônica no contexto da automação

1.3 Sistema biológico versus sistema mecatrônico

1.4 Mecatrônica: definições básicas

1.5 A formação em mecatrônica

1.6 Conceitos básicos de mecatrônica

1.7 Níveis de automação

Conceitos e Tecnologias Básicos Associados à Mecatrônica

Parte 1

2 Princípios de mecatrônica

1.1 INTRODUÇÃO

Os países em desenvolvimento confrontam-se com o desafio da modernização de suas estruturas de produção e da reestruturação dos processos de gestão. O binômio inovação tecnológica/com- petitividade passou a ter importância estratégica para a participação no mercado internacional. Os fatores determinantes da competitividade estão sendo redefinidos, fazendo sucumbir os incapazes de se adaptar ao novo contexto e emergir novas empresas com base tecnológica.

Não é mais novidade para o empresário, ou executivo, bem informado que este é um tempo de mudanças aceleradas, sem precedente na história da civilização. O mundo evolui de forma vertigi- nosa. Diariamente deparamos com a alteração parcial ou total das condições de uma situação no nível micro ou macro, com mudanças rápidas e crescentes, que modificam de alguma maneira uma realidade preexistente (Iório, 2002).

Desde os anos 80, a progressão de vários fenômenos novos envolvendo uma dimensão que ultrapassa as fronteiras nacionais e vai além da dimensão internacional tradicional deu origem a uma série de interpretações acadêmicas. Ao mesmo tempo, as estruturas das plantas fabris vêm se modificando rapidamente ao longo dos últimos anos, em busca de melhoria na produtividade e da racionalização dos recursos investidos, a fim de atender às necessidades da sociedade e do mercado, à competição entre fornecedores e principalmente à exigência dos clientes.

Sob a ótica de modernização, os aspectos relativos ao nível de flexibilidade e à automação do sistema de manufatura são importantes devido às influências sobre o comportamento e à produtividade do sistema de manufatura. Nesse contexto, a implementação de células flexíveis de manufatura e de linhas de produção automatizadas torna-se necessária para a realização do estudo e da simulação do comportamento do sistema de produção automatizado.

Essas inovações tecnológicas demandam do engenheiro uma formação profissional atualizada por meio do contato crescente com conceitos e técnicas avançadas de automação integrada, tais como processos de engenharia assistida por computador, automação das linhas de fabricação, robótica e engenharia de novos materiais.

O estudo dos sistemas produtivos e das tecnologias a eles associadas — como é o caso da auto- mação industrial — está na frente dos assuntos que devem ser detalhadamente estudados nos diversos ramos relevantes da engenharia, caso queiramos o crescimento sustentável da sociedade, capaz de garantir o aumento da qualidade de vida sem desperdiçar em longo prazo os recursos disponíveis. Os sistemas produtivos têm sido condicionados a assegurar competência em vista de um mercado com crescentes exigências no que tange à diversificação acentuada na liberdade de seleção e na escolha para a aquisição dos bens de consumo.

Desde o final da Segunda Guerra Mundial houve uma notável evolução do pensamento acerca da produção industrial devido ao aparecimento não só de novas disciplinas, como a pesquisa operacio- nal e a cibernética, como também da área de informática. Apesar dessa evolução, da qual resultou a primeira automatização dos sistemas produtivos, no início da década de 80 assistiu-se a um declínio da produtividade, essencialmente em virtude da mudança do mercado, que passou a exigir maior variedade de encomendas e diversificação dos produtos, tempos de desenvolvimento e produção menores, ciclos de vida menores dos produtos e redução de custos. Isso revelou uma inadequação dos sistemas produtivos em relação às efetivas necessidades do mercado.

Em face dessa inadequação tornou-se imprescindível a maior integração de vasta gama de ne- gócios associados ao processo produtivo, que cobrem desde a aceitação da encomenda do cliente, passando pela produção propriamente dita, até a entrega dos produtos. A resposta encontrada foi uma automação maior e mais abrangente do processo produtivo, que inclui, além do processo produtivo global em si mesmo (manufatura, montagem, inspeção etc.), todas as fases associadas à produtividade (encomenda, concepção, projeto, planejamento etc.) e ao ambiente fabril (armazenagem, distribuição,

4 Princípios de mecatrônica

uma nova curva de ciclo, um salto de transformação que viabilize um novo ciclo de desenvolvimento, e um dos caminhos é a atualização tecnológica, a automação.

A rápida globalização e a evolução da tecnologia afetaram a vida de todas as pessoas envolvidas com a indústria e com negócios, pelo menos na última metade do século XX. Tudo mudou, e a força da globalização e da tecnologia revolucionou o ambiente de cada indivíduo ou organização.

Estamos caminhando na era da informação — ou para sua transição —, em que os elementos decisivos da vantagem competitiva não estão mais na posse, na detenção, de bens físicos. Pelo contrário, assentam-se de modo crescente na capacidade de gerar, partilhar, integrar e orquestrar conhecimentos.

De uma estratégia de conquista de posições, que se preservam por longos períodos, estamos evoluindo para uma estratégia de movimento, baseada na capacidade de antecipar tendências e de acompanhar rapidamente a sua evolução, com a redução drástica do ciclo de vida dos produtos e o fortalecimento do ritmo de renovação. Nos dias atuais, para concorrer na economia não basta ter um bom produto: é indispensável interiorizar uma lógica de inovação estratégica que permita à empresa ser capaz de conceber, adaptar ou copiar criativamente novos produtos de forma continuada.

As fronteiras das indústrias vão se reconfigurando, em um processo que passa não apenas por uma incorporação de serviço cada vez maior, mas também pela integração crescente entre negócios tradicionalmente distintos, como distribuição de alimentos e serviços financeiros. Os espaços de competição, e os respectivos atores, são igualmente diferentes, pois a concorrência se internacio- nalizou.

Nesse ambiente competitivo a capacidade de inovar tornou-se essencial. Não inovar é ficar para trás. Se for verdade que a inovação tem riscos, o imobilismo tem muito mais. Basta recordar exem- plos conhecidos de empresas que pararam no tempo e que agora clamam por apoio para sustentar unidades industriais e postos de trabalho.

Inovar é fazer coisas diferentes ou de maneiras diferentes. É sair da rotina, é experimentar outras soluções ou mesmo formular outros problemas. É usar a criatividade para satisfazer necessidades não satisfeitas ou insuficientemente satisfeitas.

Quando se fala em inovação logo se pensa em inovação tecnológica. E argumenta-se freqüente- mente que não conseguimos inovar porque não realizamos investimentos suficientes. Isso é verdade, mas é só uma parte da verdade. Nem sempre as inovações exigem desenvolvimentos tecnológicos efetuados no interior das empresas. Estas têm de dispor de uma capacidade básica de engenharia para integrar tecnologias disponíveis no mercado e apresentar respostas criativas na aplicação da automação, por exemplo.

Se em um sistema biológico o homem conseguiu o controle sobre o músculo, em um sistema automatizado o controle obtido foi sobre o neurônio. Evidentemente as unidades fabris sempre conta- rão com a presença de profissionais com formação especialista, mas de modo muito mais acentuado será necessária a atuação de profissionais integradores, com formação multidisciplinar, moderna e altamente estimulante. Nos dias de hoje, a aplicação da automação com redes de comunicação é um processo irreversível para a modernização industrial.

O termo mecatrônica foi utilizado pela primeira vez no Japão, no final da década de 70, como resultado da combinação bem-sucedida de mecânica, eletrônica e processamento digital em pro- dutos de consumo. Essa integração de conceitos pode gerar uma gama muito ampla de aplicações, portanto o termo mecatrônica pode ser interpretado de diferentes formas dependendo da aplicação em questão.

A mecatrônica pode ser entendida como a integração sinergética da engenharia mecânica com a eletrônica e o controle por computador no projeto e na manufatura de produtos e processos. Aceita essa definição, o profissional formado nessa área do conhecimento humano deverá estar habilitado para projetar e produzir produtos inteligentes baseados em microprocessadores e em sistemas de

Capítulo 1 Introdução à mecatrônica 5

controle. Por exemplo, a partir de um sensor tem-se a resposta do produto e o controlador age sobre atuadores, a fim de otimizar essa resposta, enquanto o microprocessador ajusta o sistema às variações do ambiente e às exigências do usuário.

A atividade descrita exige constante adequação do profissional às novas tecnologias, as quais, no futuro, tendem a se modificar em velocidade ainda mais vertiginosa que a atual, o que inviabiliza qualquer formação fundamentada na simples transmissão de conhecimentos envolvendo a tecnologia dominante no presente. Assim, a formação em mecatrônica deve se basear em:

❏ Conceitos básicos sólidos e o mais abrangentes possível, incluindo modelagem de sistemas, simulação, controle, cinemática e dinâmica de sistemas mecânicos e mecatrônicos. ❏ Visão multidisciplinar e sistêmica abrangendo mecânica, eletroeletrônica e informática. ❏ Aprendizado baseado na experimentação com vistas a eliminar o fosso existente entre o projeto meramente acadêmico e o mundo real, com suas limitações e compromissos entre a técnica, o custo e as idiossincrasias do mercado consumidor.

A formação proposta permite aos engenheiros egressos uma visão de seu trabalho dentro de um contexto global, com uma conceituação suficientemente generalista que os habilita a atuar sob as mais variadas condições do mercado.

Nesse contexto, diversas universidades do país introduziram nos seus cursos superiores de enge- nharia a formação profissional em engenharia de controle e automação (mecatrônica). A característica predominante do engenheiro de controle e automação é a formação generalista tendo em vista sua preparação multidisciplinar, harmonizando, portanto, soluções e equipamentos que antes requeriam a utilização de profissionais de áreas distintas.

1.3 SISTEMA BIOLÓGICO VERSUS SISTEMA MECATRÔNICO

Do aspecto funcional, os sistemas de automação industrial podem ser divididos de acordo com os vários níveis de uma organização, os quais executam funções específicas no processo produtivo e, por conseguinte, estão associados a diferentes elementos. Os níveis também apresentam diferentes requisitos tecnológicos.

Os sistemas automatizados, dependendo da necessidade das aplicações, podem formar um sistema de controle completo e complexo. Na Figura 1.1, para uma fácil interpretação dos diversos níveis e elementos, podemos comparar o sistema técnico com o sistema biológico, ou seja, o corpo humano (Iório, 2000). A Tabela 1.1 sintetiza essa interpretação.

1.4 MECATRÔNICA: DEFINIÇÕES BÁSICAS

A Figura 1.2 representa de forma genérica um sistema mecatrônico. Os sensores permitem obter do mundo físico informações que são processadas digitalmente, resultando em ações de controle. O sistema de controle age sobre o sistema físico por meio de atuadores, o que acarreta o conceito de sistema realimentado (feedback). Essa estrutura pode representar sistemas com diversos níveis de complexidade.

Para muitos profissionais, a mecatrônica surgiu com o desenvolvimento dos robôs. Sem dúvida, os projetos em robótica impulsionaram o desenvolvimento de outras áreas, tais como o controle realimentado resultante da fusão de informações sensoriais, tecnologias de sensores e atuadores, programação de alto nível, cinemática e dinâmica. O grande avanço na área de robótica somente foi

Capítulo 1 Introdução à mecatrônica 7

possível com o surgimento do microprocessador, pois o controle de trajetória dos robôs articulados envolve cálculos complexos que devem ser realizados em tempo real.

Pesquisadores conceituados de renomadas instituições internacionais discutem em artigos a defi- nição do termo mecatrônica. Segundo Ashley (1997), mecatrônica é a integração de conhecimentos nas áreas de mecânica, elétrica e computação (veja a Figura 1.3).

Para outros pesquisadores, a mecatrônica consiste: ❏ em uma área interdisciplinar que combina a engenharia mecânica, a engenharia eletrônica e as ciências da computação (Schweitzer, 1996);

Figura 1.2 O sistema mecatrônico.

Sistema mecânico

Processamento digital

Atuadores Ações

Sensores Informações

Figura 1.3 Defi nição de mecatrônica segundo Ashley.

INFORMÁTICA

MECATRÔNICA

ELÉTRICA

MECÂNICA

8 Princípios de mecatrônica

❏ na combinação das áreas de mecânica, controle, microeletrônica e ciências da computação, numa abordagem de engenharia concorrente, com uma visão simultânea das possibilidades nas diferentes disciplinas envolvidas, em contraste com as abordagens tradicionais que em geral tratam os problemas separadamente (Van Brussel, 1996); ❏ na combinação de mecânica e eletrônica, considerando as ciências da computação ferramenta integrante das engenharias, com o objetivo de melhorar a operação, aumentar a segurança e reduzir custos de máquinas e equipamentos (Salminen, 1996); ❏ em uma filosofia de projeto, baseada na integração da microeletrônica, da computação e do controle em sistemas mecânicos, com o propósito de obter a melhor solução de projeto e produtos com certo grau de ‘inteligência’ e ‘flexibilidade’ (Acar, da Universidade de Lough- borough, na Inglaterra, 1996).

1.5 A FORMAÇÃO EM MECATRÔNICA

A partir de meados da década de 80, países como Austrália, Japão e Coréia do Sul, além de alguns países europeus, implementaram cursos de graduação e pós-graduação voltados ao ensino multidisciplinar de mecatrônica (Acar, 1997). Nos Estados Unidos não foram criados cursos específicos de engenharia mecatrônica, porém no currículo de muitos cursos de graduação em engenharia foram introduzidas disciplinas que apresentam o conceito de mecatrônica (Ashley, 1997). Na grande maioria dos cursos de engenharia mecânica foram realizadas modificações e adaptações, com a adição de disciplinas que abordam a integração da mecânica, da eletrônica e da computação para o desenvolvimento de componentes e máquinas.

Na Finlândia foi introduzido em 1987 um programa especial de pesquisa em mecatrônica com a participação de quatro universidades tecnológicas. Esse programa contou com um orçamento de 6,5 milhões de dólares até 1990 e com a participação de aproximadamente 80 indústrias atuantes em setores estratégicos, como o de máquinas para a fabricação de papel, telefonia móvel, máquinas florestais e robôs especiais (Salminen, 1996). Seu principal objetivo era difundir os conceitos de mecatrônica nas indústrias. Em 1995, um novo programa foi introduzido, com horizonte de quatro anos e um orçamento de 20 milhões de dólares, envolvendo universidades, centros de pesquisa e indústrias, com novos temas direcionados para a área de mecatrônica.

Na Inglaterra, a comunidade envolvida com mecatrônica só recebeu aceitação oficial em 1990 com a criação de um fórum de mecatrônica apoiado pelo Institute of Electrical Enginners (IEE) e pelo Institute of Mechanical Engineers (MechE) (Hewit, 1996).

1.5.1 A FORMAÇÃO EM MECATRÔNICA NO BRASIL No Brasil, os primeiros cursos de graduação em mecatrônica, que surgiram no final da década de 80, e receberam do MEC a denominação de curso de engenharia de controle e automação, foram im- plementados em diversas universidades, faculdades de tecnologia e cursos técnicos (Rosário, 2000).

As atividades de um engenheiro de controle e automação incluem: 1) a análise dos processos, e 2) o projeto e o dimensionamento, a configuração, a avaliação, a segurança e a manutenção dos sistemas de controle e automação, bem como dos sistemas produtivos e das informações.

Tal profissional atuará na interface entre o sistema produtivo e o sistema gerencial de empresas. A formação multidisciplinar nas áreas de mecânica, eletrônica, instrumentação industrial, informá- tica, controle e gestão da produção permite ao profissional elaborar estudos e projetos, bem como participar da direção e da fiscalização de atividades relacionadas com o controle de processos e a automação de sistemas industriais.