Se ainda não chegamos à autonomia total, ao menos o sonho de retirar o operador da frente de trabalho, deslocando-o para atividades remotas sem exposição ao risco (e ao erro), já é realidade. Avançando na mineração e no setor agrícola, os equipamentos semiautônomos trazem consigo uma quebra de paradigmas, eliminando a necessidade de presença humana em situações nas quais não é mais decisiva para se extrair o máximo de eficiência e segurança das operações.

A Barbosa Mello Construtora, por exemplo, conta com 17 equipamentos aptos a funcionar de forma não tripulada operando em fase de testes no setor de mineração, para trabalhos de escavação, carga e transporte. A frota semiautônoma inclui três escavadeiras 336, dois tratores de esteira D6T, duas motoniveladoras 140M e uma pá carregadeira 950 (todos da Caterpillar), além de nove basculantes Mercedes-Benz Axor 4144 (6x4).

O projeto surgiu em função de uma demanda de segurança, uma vez que a execução de serviços de engenharia em áreas de risco inviabiliza cada vez mais a presença humana em campo. Na operação semiautônoma e autônoma, a relação direta com a máquina é praticamente nula, substituída por uma Interface Homem-Máquina (HMI – Human-Machine Interface). Ou seja, a partir de uma estação de controle são desenvolvidos protocolos específicos de comunicação entre operadores e equipamentos na frente de serviço, mitigando riscos de acidentes e erros humanos.

O sistema de equipamentos não tripulados é gerido por um Centro de Controle de Operações Remotas para gerenciamento do projeto e gestão de segurança em tempo real, a partir de uma série de câmeras outdoor com visão 360° conectadas à internet, combinada a recursos como sensores de proximidade, que evitam colisões entre as máquinas e demais obstáculos no ambiente. As unidades de comando permitem a operação dos equipamentos a uma distância de até 1 km.

INTEGRAÇÃO

Apesar de a construção estar entre os menos digitalizados dos setores produtivos, tecnologias como drones, sistemas de automação, redes de alta conectividade e operação por controle remoto já vinham sendo adotadas pontualmente no país. Contudo, para implantar sistemas autônomos, o ‘pulo do gato’ é integrar todas essas tecnologias, redefinindo padrões de engenharia e segurança, TI, gestão do conhecimento, desempenho e treinamento.

A operação da Barbosa Mello fez isso, apoiando o sistema de automação com serviços de terraplanagem a partir de sensores, ferramentas de IoT e engenharia virtual, drones RTK/PPK de alta precisão e infraestrutura de TI com sistemas de redundância e backup das imagens geradas na frente de obra, além de uma rede em malha (meshnet) de alta conectividade. Segundo o gerente corporativo de equipamentos da empresa, Carlos Magno Cascelli Schwenck, a integração tornou-se possível com o apoio da Sitech, braço tecnológico da Sotreq/Caterpillar e parceiro estratégico da construtora no Brasil. “Coube à Barbosa Mello transformar tais recursos em uma metodologia executiva de engenharia”, ele descreve, referindo-se aos processos replicáveis e escaláveis desenvolvidos para a execução remota dos serviços. “Dessa maneira, foi possível eliminar a presença humana em zonas de risco, a partir da integração de tecnologias de ponta, desenvolvimento de novos padrões de operação e pessoas capacitadas”, conta.

Em função da complexidade, a construtora formou um time multidisciplinar para conduzir o projeto, combinando o conhecimento técnico dos profissionais mais experientes à vontade e energia dos mais jovens. “A gestão da mudança teve papel fundamental para garantir o mapeamento dos impactos e fomentar uma mentalidade de abertura a novas formas de pensar e agir”, avalia Schwenck. “Assim, atuamos na definição de padrões técnico-comportamentais para funções até então inexistentes, como operador de equipamento não tripulado, e redesenho de outras para que se adequassem ao novo cenário, como engenheiro de manutenção de não tripulados.”

Na operação semiautônoma e autônoma, a relação direta com a máquina é praticamente nula

E tudo isso foi feito em menos de um ano. A concepção do projeto foi iniciada em março de 2019, sendo que a execução dos primeiros testes em campo, simulando a situação real de obra, ocorreu em setembro. Em dezembro, todo o conjunto dos equipamentos não tripulados já estava em fase de testes e de capacitação das equipes. “O desenvolvimento foi realizado em ondas e de maneira incremental, seguindo os princípios da nova cultura da empresa”, ressalta o gerente.

PRODUTIVIDADE

No projeto, o operador trabalha em uma unidade de comando (shelter), de onde monitora a atividade por meio de câmeras instaladas em pontos estratégicos do equipamento e no local de operação. Dessa maneira, obtém-se o mesmo campo de visão da cabina, além de uma cobertura em 360° do ambiente de operação.

Para garantir a segurança, foram instalados vários dispositivos nos equipamentos, impondo limites de velocidade, rotação, profundidade de escavação e outros. “Assim como ocorre em equipamentos tripulados, a capacitação do operador também é relevante no controle dos equipamentos semiautônomos”, observa Schwenck. “Por isso, a construtora estruturou uma ‘escola’ de formação para qualificar a mão de obra técnica e operacional, permitindo uma evolução contínua para atingirmos níveis de produtividade compatíveis com a operação autônoma.”

Com relação ao consumo, o gerente diz que não se identificou uma variação significativa na operação com os semiautônomos, quando comparada aos convencionais. Entretanto, ele acredita que a tendência é de redução, tendo em vista as limitações de rpm e outros fatores operacionais, como a dispensa de ar condicionado no equipamento, já que o operador trabalha a partir de uma unidade de comando com ambiente climatizado e ergonomicamente adequado à jornada.

No que se refere à manutenção, a quantidade de componentes de eletrônica embarcada exigiu um novo plano de intervenção, assim como de resgate, no caso de o equipamento apresentar problema em área crítica, pois a presença humana não é autorizada. “Reduzimos a periodicidade das preventivas e criamos novos parâmetros de verificação para manutenção e operação”, diz Schwenck. “Em nosso Centro de Controle utilizamos a telemetria para a gestão operacional e o monitoramento de falhas, com atuação importante do inspetor de manutenção.”

Em termos de custo de propriedade (Total Cost of Ownership – TCO), ainda é cedo para afirmar o quanto um equipamento autônomo é mais assertivo que um convencional. Para tanto, ressalta Schwenck, é necessário avaliar a adequação do equipamento a cada situação específica.

“Contudo, é possível listar outros diferenciais da automação que podem agregar efeitos positivos, como máquinas com projeto 3D embarcado e parametrização de determinadas variáveis, incluindo profundidade de corte e escavação, limitações de velocidade, grau de compactação e outras”, acentua.

Seja com for, o projeto de equipamentos não tripulados – simplesmente por permitir a execução de obras em ambientes que inviabilizam a presença humana – sem dúvida representa uma oportunidade de geração de novos negócios. “Este projeto contribui para uma transformação na forma de operar do setor, agregando uma metodologia executiva de engenharia e oferecendo a tecnologia como novo produto nas soluções oferecidas por outras construtoras”, destaca o gerente.

BARREIRAS

Sob a ótica de quem utiliza máquinas no dia a dia, a viabilidade da operação com equipamentos autônomos no Brasil ainda terá alguns obstáculos pela frente. A operação de equipamentos não tripulados apresenta barreiras na área de manutenção, por exemplo, com o distanciamento entre o operador e a máquina, o que impede a detecção de problemas até então perceptíveis pelo contato direto com o equipamento, como perda de potência, vazamentos e folgas excessivas, que passam a ser identificados unicamente por meio de check-list pré-operacional e sistemas de telemetria. “A operação remota pode influenciar, ainda, no tempo para identificação das condições de falhas intermitentes em algum sistema”, explica Schwenck. “Somente a aplicação de um novo modelo operacional permitirá uma avaliação sistemática de eventuais impactos desse afastamento continuado sobre os níveis de cuidado e conservação do equipamento.”

Além disso, há diversos outros desafios a serem superados, como necessidade de volumosos investimentos no desenvolvimento de produtos, questões culturais de aplicação, capacitação de pessoal, impeditivos de marco regulatório, atualização de legislação pertinente e divulgação da aplicação da tecnologia, dentre outros. De modo que a mudança para os autônomos não deve ocorrer da noite para o dia. “Apesar da velocidade das mudanças imposta pela tecnologia, superar esses obstáculos não é algo tão simples”, avalia Schwenck. “Assim, a expansão do uso dos equipamentos não tripulados deve ocorrer em ‘ondas’, impulsionadas pela demanda de setores como mineração, obras de infraestrutura, construção civil e outros.”

Parceria com clientes é chave para projetos da Caterpillar

Com 276 caminhões autônomos em operação até o momento, o impulso em direção à mineração autônoma não mostra sinais de desaceleração para a Caterpillar. Com essa frota, a fabricante atingiu a quantidade de 2 bilhões de toneladas transportadas usando o sistema MineStar Command. O detalhe é que a empresa conseguiu dobrar a quantidade transportada em apenas 16 meses, desde que atingiu 1 bilhão de toneladas transportadas, em novembro de 2018.

Segundo o gerente global de soluções autônomas para mineração da Caterpillar, Sean McGinnis, desde o lançamento do Command for Transporting, em 2013, a fabricante vem melhorando a velocidade da implementação. “Estamos lançando o produto em mais sites e implementando-o mais rapidamente, para que mais clientes possam experimentar os ganhos de segurança e produtividade que o transporte autônomo proporciona”, diz.

Recentemente, a empresa também desenvolveu o primeiro sistema de tratores de esteiras semiautônomos para mineração. O sistema utiliza funções automatizadas incorporadas aos grandes equipamentos da marca e tecnologias de controle remoto, que integram o MineStar Command. Atualmente, 25 tratores Cat D11T estão trabalhando de forma semiautônoma em quatro sites na Austrália e nos EUA.

Segundo a empresa, um dos motivos do sucesso na expansão dessas linhas é a parceria estabelecida junto aos clientes, que apontam recursos, funcionalidades e até mesmo modelos que precisam em suas operações. “Além de melhorar a implementação do sistema, a Caterpillar tornou-se consultora para as minas que buscam extrair todo o proveito que a autonomia torna possível”, destaca John Deselem, gerente de operações autônomas da Caterpillar. “Ouvimos as necessidades e trabalhamos juntos para criar a solução ideal às suas minas.”

Volvo reforça o foco com nova área de negócios

No final do ano passado, o Grupo Volvo anunciou a criação de uma área de negócios específica para o fornecimento de soluções em transporte autônomo. Batizada de Volvo Autonomous Solutions, a área surgiu para acelerar o desenvolvimento de produtos nesse segmento, introduzindo soluções em setores como mineração, atividades portuárias e logística. Baseadas em tecnologias de direção autônoma e conectividade, as soluções são adequadas a aplicações que movimentam grandes volumes de materiais em rotas pré-definidas, seguindo fluxos repetitivos.

Segundo o gerente regional de suporte a vendas da Volvo CE Latin America, Boris Sánchez, a atuação da empresa no segmento de autonomia se ancora em três pilares: máquinas inteligentes (com tecnologias que permitem retirar o operador de dentro do equipamento e deixá-lo em condições mais seguras para o controle da operação), eletromobilidade (com redução nas emissões e alternativa energética) e interconectividade (com soluções para assegurar que a operação seja mais eficiente, segura e produtiva). “Com base nisso, os equipamentos tendem a apresentar um aumento de eficiência dez vezes maior em relação aos equipamentos convencionais”, projeta.

A nova área terá centros tecnológicos montados em diferentes lugares do mundo onde a Volvo está presente, para que os especialistas possam acompanhar e dar suporte imediato a situações não previstas. Mas o Brasil deve ficar de fora, pois um dos critérios é que as operações sejam próximas dessas instalações, oferecendo condições de infraestrutura para testes, ensaios e acompanhamentos. “Isso limita a possibilidade de realizar esses testes no Brasil”, avalia Sánchez, para quem algumas características do mercado também pesam na decisão de trazer um equipamento-piloto para testes no Brasil. “Depende muito das regulamentações, do fomento e do interesse do cliente”, ele sublinha, lembrando que uma frota de sete caminhões VM autônomos já opera na colheita de cana de açúcar no país, reduzindo em 4% as perdas por pisoteio das mudas nessa cultura.

Automatização traz ganhos operacionais relevantes na mineração

Além de reduzir a exposição de pessoas em condições de risco, o uso de autônomos na mineração traz um acréscimo de até 15% da produtividade, uma vez que sua utilização ininterrupta, em escala de turnos, melhora o rendimento operacional e otimiza o planejamento da mina. Esse resultado foi aferido pela Komatsu, que desde 2005 – quando o modelo autônomo FrontRunner recebeu validação de campo – já movimentou mais de 2,5 bilhões de toneladas de material ao redor do mundo, em aplicações como cobre, minério de ferro e areias betuminosas.

No Brasil, a fabricante conta inclusive com um Centro de Treinamentos para transporte com veículos autônomos, localizado em Parauapebas (PA), na região Norte do país. Um dos destaques da frota é o modelo 930E, que apresenta potência bruta de 2700 hp e capacidade de carga de 320 t.

“Além da produtividade, os autônomos permitem diminuir os custos de carregamento e transporte em até 15%, consumindo menos combustível e emitindo menos CO2”, destaca a empresa, que também aferiu aumento da vida útil dos pneus proporcionado pela tecnologia. “Com a redução de aceleração e manobras abruptas, estima-se que esse ganho possa chegar a 40%, quando se compara com as operações tripuladas.”

Saiba mais:
Barbosa Mello: www.cbmsa.com.br/construtora
Caterpillar: www.cat.com
Komatsu: www.komatsu.com.br
Volvo Group: www.volvogroup.com