A utilização de simuladores virtuais na disciplina Automação Industrial

O trabalho é entendido como um processo de produção de bens de qualquer natureza e representa a principal força de expressão do desenvolvimento humano. Isso nos leva a entender a relação intrínseca estabelecida entre o homem, a educação e o trabalho, desde a sua origem, estando intimamente interligados em um processo contínuo natural e social, complementar e harmônico, sem que, todavia, cada um dos elos perca a sua especificidade. Com todas as transformações ocorridas no âmbito social, inclusive o aumento populacional em todo o mundo, podemos perceber o estabelecimento de novas relações sendo alteradas constantemente. A demanda por novas tecnologias objetiva proporcionar condições melhores de sobrevivência e convivência. Nesse contexto, a educação, a sala de aula e o trabalho do professor, também são impactados por essas transformações sociais. De acordo com Libâneo (2004, p. 45-46),

as instituições escolares vêm sendo pressionadas a repensar seu papel diante das transformações que caracterizam o acelerado processo de integração e reestruturação capitalista mundial. De fato, [...] essas transformações decorrem da conjugação de um conjunto de acontecimentos e processos que acabam por caracterizar novas realidades sociais, políticas, econômicas, culturais, geográficas.

Para acompanhar os novos tempos e as diferentes demandas da sociedade e dos estudantes, é importante que o professor esteja sempre atualizado sobre o ensinar e sobre isto há de se fazer uma reflexão rigorosa e constante. Segundo Libâneo (1985, p. 137), o trabalho docente deve ser contextualizado histórico e socialmente e o professor precisa articular o ensino com a realidade. “Significa perguntar, a cada momento, como é produzida a realidade humana no seu conjunto, ou seja, que significado têm determinados conteúdos, métodos e outros eventos pedagógicos, no conjunto das relações sociais vigentes” (Libâneo, 1985, p. 137).

Aos profissionais da educação, frequentemente é solicitada a seleção de novos recursos educacionais pensados de forma a complementar recursos didáticos tradicionais, tantas vezes obsoletos. A sala de aula exige do professor a constante revisão dos métodos que utiliza para o desenvolvimento do ensino e da aprendizagem. O ensino mecânico, ancorado apenas no livro didático e na resolução de exercícios no caderno não contribui para o domínio dos conhecimentos e para o “desenvolvimento de capacidades cognitivas e afetivas, o domínio dos conhecimentos e o desenvolvimento de capacidades cognitivas e afetivas” (Libâneo, 2005, p. 117). Portanto, o professor não deve subestimar os avanços tecnológicos. Ao contrário, faz-se necessária uma mudança de postura diante das tecnologias educacionais constantemente desenvolvidas, pois essas são bem-vindas aos estudantes que as utilizam com bastante frequência em suas atividades diárias e extraclasse. A escola e os seus profissionais precisam estar cientes dessas demandas e incorporá-las ao seu planejamento, pois correm o risco de serem mal compreendidos ou, pior, de serem ignorados pelos estudantes, caso não se apropriem de novas ferramentas. A escola ainda é o locus do conhecimento formal e sendo assim precisa estar em consonância com a sociedade:

As demandas atuais exigem que a escola ofereça aos alunos sólida formação cultural e competência técnica, favorecendo o desenvolvimento de conhecimentos, habilidades e atitudes que permitam a adaptação e a permanência no mercado de trabalho, como também a formação de cidadãos críticos e reflexivos, que possam exercer sua cidadania ajudando na construção de uma sociedade mais justa, fazendo surgir uma nova consciência individual e coletiva, que tenha a cooperação, a solidariedade, a tolerância e a igualdade como pilares (Brasil, 1997, p. 138).

Fato é que temos estudantes que apresentam dificuldades em compreender certos conteúdos, porém na maioria das vezes lhes é negada a oportunidade de tentar compreender de uma outra forma, principalmente pelo fato dos professores serem muito resistentes em usar outros recursos didáticos, restringindo suas práticas apenas a recursos tradicionais que eles dominam. O novo lhes exigirá tempo de estudo e planejamento para um aprendizado eficiente. Portanto, para esse professor, é mais conveniente desprezar os avanços tecnológicos do que inserir-se na busca de diferentes formas de ensino a fim de efetivar a aprendizagem dos educandos.

Os conteúdos da disciplina Automação Industrial, que normalmente são trabalhados de forma tradicional com quadro e pincel, apresentam dificuldades no processo de aprendizagem dos estudantes. São conteúdos complexos e por esse motivo impõe-se a quebra de paradigmas no ensinar. Sendo assim, a utilização de softwares educacionais concorre para a melhoria do processo de ensino-aprendizagem, apesar de apresentarem-se com um desafio para os professores. Uma vez que certos conteúdos requerem uma maior preparação e dedicação no uso das ferramentas, há a exigência de um planejamento mais cuidadoso na preparação das aulas. É importante que a base teórica esteja em sintonia com a parte prática – no uso do laboratório – para a montagem e a simulação virtual de circuitos. Isso facilita sobremaneira o entendimento do conteúdo por parte dos estudantes já que esses recursos estão em perfeita sintonia com a sua vida cotidiana. A disciplina Automação Industrial faz parte da matriz curricular do curso técnico de Eletrotécnica do Campus de Porto Velho, em Calama, no Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de Rondônia (IFRO), criado por meio da Lei Federal nº 11.892, de 29 de dezembro de 2008, a partir da integração da Escola Técnica Federal de Rondônia com a Escola Agrotécnica Federal de Colorado do Oeste. A sede, que fica na capital rondoniense, possui nove campi implantados: Guajará-Mirim, Porto Velho (unidades Calama e Zona Norte), Ariquemes, Ji-Paraná, Cacoal, Vilhena, Colorado do Oeste e a unidade avançada em Jaru. A rede conta ainda com vinte e cinco polos de Educação a Distância, no interior do Estado.

A utilização do software na disciplina Automação Industrial

Este trabalho apresenta uma reflexão sobre a utilização do software educacional FluidSim®3.6 Pneumática como recurso didático para a simulação de conhecimentos básicos de Pneumática, Eletropneumática e controladores lógicos programáveis, utilizando o sistema Windows. Este software foi desenvolvido com o objetivo de facilitar a visualização do funcionamento de circuitos, operação que antes só era possível realizar mentalmente ou fazendo a montagem física na bancada de laboratório com componentes reais, que muitas vezes era demonstrado pelo professor sem o concurso dos alunos na montagem dos sistemas.

Um controle automático é aquele controle em que o próprio dispositivo é capaz de perceber mudanças que afetam o sistema, decidir sobre a necessidade de realizar alguma ação corretiva e atuar sobre o sistema, sem intervenção humana. Portanto, quando falamos em automação, estamos nos referindo ao processo de instalação de controles automáticos em um equipamento, uma máquina ou um processo. Para maior clareza sobre os conceitos básicos de Automação Industrial e fornecer uma visão geral de sua aplicação, tomamos a contribuição de Camargo (2014, p. 15):

Quando programamos um micro-ondas para cinco minutos e pressionamos o botão início, esperamos que, passado esse tempo, ele se desligue sozinho. Esse processo é automático, ou seja, acontece sem a intervenção humana. Quando entramos em um elevador e selecionamos o andar desejado no painel, presumimos que ele pare automaticamente naquele andar. A temperatura interna de uma geladeira é mantida relativamente constante por um sistema de controle automático, que liga ou desliga o compressor, conforme necessário.

A automação pode ser aplicada em todas as áreas das atividades humanas. Não se pode mais pensar a vida sem algumas dessas facilidades e o conforto que a automação proporciona. Tomamos, por exemplo; terminais de autoatendimento bancário, lojas comerciais, restaurantes, residências, controle de semáforos, shopping centers, indústria dos mais variados segmentos, veículos, aparelhos domésticos etc.

Sem dúvida, o avanço tecnológico tem contribuído para o desenvolvimento das ciências. Na Medicina, por exemplo, foram desenvolvidos aparelhos e equipamentos que produzem imagens radiológicas bastante precisas e exatas, as quais auxiliam no processo de diagnóstico e tratamento. Da mesma forma, a tecnologia da automação está presente no transporte, na logística e no ensino, entre outras áreas. Assim, dependendo de onde é aplicada, surgem termos como: automação industrial, automação residencial, automação comercial, automação bancária etc.

Esses são os conteúdos estudados na disciplina Automação Industrial: a Pneumática, a Eletropneumática e os controladores lógicos programáveis. Dessa forma, a utilização do software FluidSim concorre para o estímulo no ensino-aprendizagem desses conteúdos e podemos observar uma significativa melhora no nível dos estudantes. O software FluidSim foi desenvolvido pela empresa Festo, da Alemanha, que também tem filial no Brasil. Concebido inicialmente para atender a uma demanda dos projetistas para treinamento operacional do setor industrial, com o grande sucesso que teve na indústria, estendeu-se às escolas profissionalizantes e às universidades.

A Pneumática é o estudo da utilização do ar comprimido para realização de trabalho. Nesse conteúdo é possível mostrar a aplicação de grandezas físicas que o estudante estuda na disciplina, tais como, pressão, força, atrito, temperatura e trabalho. O conteúdo é discutido com os estudantes na seguinte ordem: processo de produção e tratamento do ar comprimido, apresentação dos elementos de trabalho (atuadores ou cilindros pneumáticos) para a realização de movimento linear e circular, observando-se, principalmente, o dimensionamento correto, as características construtivas e as principais aplicações. Após essas primeiras noções, explica-se o funcionamento dos elementos de controle e de sinais, que são as válvulas. Nesse momento surge a necessidade da utilização do software para mostrar, mais claramente, o funcionamento interno das válvulas direcionando o fluxo de ar comprimido para os atuadores que se movimentam em dois sentidos, avanço e retorno. Antes, sem o software de simulação virtual não era possível mostrar o processo de maneira clara aos estudantes, embora fosse usado o componente físico real ou outros recursos feitos em papel (Figuras 1 e 2).

Nenhum outro recurso utilizado teve o mesmo efeito, no aprendizado dos estudantes, como o software FluidSim. Esse recurso auxiliou na compreensão do funcionamento do circuito (Figura 3).

A partir daí todas as atividades propostas para a montagem de circuitos pneumáticos e eletropneumáticos foram realizadas com o software FluidSim, inclusive a simulação da parte elétrica de circuitos de comandos eletropneumáticos que usam sinais elétricos para o acionamento das válvulas. Mais uma vez podemos demostrar a aplicação dos conhecimentos de eletricidade estudados na disciplina de Física, como pode ser visto na Figura 4.

Além da possibilidade de fazer simulações virtuais do funcionamento dos circuitos pneumáticos e eletropneumáticos é possível fazer simulações de ligação elétrica e programação de controladores lógicos programáveis (CLP) na linguagem de programação diagrama de blocos (Figura 5). Podemos comparar os CLP aos computadores pessoais (PC), desenvolvidos para receber sinais de entradas, sejam eles enviados pelo mouse ou pelo teclado fazendo o processamento em uma CPU. Comparando-o a um programa preestabelecido, o software possibilita um sinal de saída em forma de expressões gráficas (letras, números, gráficos, figuras etc.); portanto o CLP se assemelha bastante ao PC, pois possui entradas digitais (sinal elétrico com nível lógico 0 ou 1, isto é, de liga ou desliga) ou analógicas (de variação de tensão ou corrente elétrica), que podem ser botoeiras (sinal digital) ou sensores (sinal digital ou analógico), processadas na CPU. Ao comparar com um programa pré-estabelecido pelo estudante, ele possibilita a liberação de um sinal de saída para acionar um motor ou uma solenoide e uma válvula que, consequentemente, promove o movimento do atuador.

O uso do FluidSim possibilitou aos estudantes e aos professores fazerem a simulação virtual visualizando o funcionamento de atuadores controlados por CLP, que antes só era possível visualizar o funcionamento quando o programa era transferido para o CLP e feitas as ligações elétricas fisicamente na bancada (Figura 6), isto é, o estudante tinha que visualizar o funcionamento somente no ambiente de programação do CLP.

Devemos ter consciência, porém, que as simulações não substituem nenhum outro recurso didático, apenas auxiliam para complementar e para reforçar a compreensão dos conteúdos. Portanto, o professor não deve abandonar os outros recursos, pois cada estudante tem uma forma e tempos diferentes de aprender.

Uma experiência de aplicação do software FluidSim

Durante o andamento da disciplina Automação Industrial do curso técnico subsequente em Eletrotécnica, do Campus Porto Velho, em Calama, foi feita a utilização do software FluidSim, que simula virtualmente a montagem e o funcionamento de circuitos pneumáticos, eletropneumáticos e controladores lógicos programáveis, trabalhando em conjunto com as simulações práticas em bancada de laboratório (Figura 7).

Comparando com o método de ensino tradicional, que consistia na resolução de exercícios no caderno e montagem prática em bancada de laboratório, observou-se um maior interesse por parte dos estudantes e uma maior agilidade na resolução dos exercícios, visto que antes imaginava-se o funcionamento dos circuitos desenhados no papel. Logo, com o uso do FluidSim, os estudantes, além de visualizar o funcionamento por meio do simulador, sentiam-se mais motivados e desafiados para aprender os conteúdos.

A utilização do software de simulação tem como principais vantagens a sua interface gráfica, pois apresenta simbologia semelhante às encontradas em projetos reais de automação. Além disso, possibilita fazer as simulações de movimentos do funcionamento do circuito, o que favorece a compreensão do funcionamento dos componentes com sons e efeitos. Outras vantagens são: a rapidez na alteração dos projetos desenvolvidos e a facilidade de interpretação dos circuitos pneumáticos e eletropneumáticos devido ao auxílio de cores padronizadas que colaboram para a compreensão do conteúdo com maior efetividade.

Dentre os indicadores de sucesso da experiência com o uso do software, em uma pesquisa informal feita em forma de conversa realizada com concluintes do curso de Eletrotécnica (2017) foi possível verificar que o aprendizado foi mais efetivo. De fato, houve uma melhoria no processo de ensino-aprendizagem nas aulas de Automação com a utilização do software de simulação e, consequentemente, maior aprendizado por parte dos estudantes. Além dos resultados quantitativos expressos sob a forma de nota, outra forma de aquilatar o nível de aprendizagem do conteúdo pelos alunos deu-se com a leitura dos relatórios da disciplina. Ainda que não sejam trazidas todas as considerações feitas pelos estudantes, duas delas nos forneceram a segurança de saber da validade em buscar alternativas viáveis para o desenvolvimento desse e de outros conteúdos da disciplina. De acordo com as observações da turma de Eletrotécnica, de 2017, do terceiro período, para obtenção de nota na disciplina:

Os esquemáticos feitos com os softwares foram essenciais para se definir como seria feita as ligações entre cada componente, pois permitiram que visualizássemos o comportamento eletropneumático e lógico do projeto antes dele estar montado [...].

A possibilidade de simular os circuitos virtualmente antes de fazê-los em real garante segurança tanto para nós, quanto para a escolha dos componentes utilizados (França; Souza, 2015).

Assim, podemos admitir que se os computadores e os softwares de simulação estão cada vez mais presentes no cotidiano dos estudantes, sejam como ferramentas educacionais ou como jogos, também é viável as suas utilizações em salas de aula para incrementar no desenvolvimento dos conteúdos, sobretudo aqueles conteúdos que se tornam mais inteligíveis aos estudantes, como é o caso do simulador. Portanto, foi possível constatar que a realidade da sala de aula vem passando por mudanças influenciadas, principalmente, por fatores externos à sala de aula. Logo, é preciso que os docentes entendam a pertinência de se buscar metodologias e técnicas que estejam cada vez mais próximas da realidade, isto é, precisamos aproveitar a motivação que os estudantes têm para utilizar essas tecnologias que estão presentes no dia a dia auxiliando-os na construção do seu próprio conhecimento e na compressão objetiva dos conteúdos das diferentes disciplinas.

Considerações finais

Podemos observar ganhos qualitativos em relação ao método de ensino tradicional ao utilizarmos o simuladorFluidSim Pneumática no processo de formação de competências e habilidades da disciplina Automação Industrial, do curso técnico em Eletrotécnica do IFRO no Campus Porto Velho, em Calama. Pelas observações durante o processo de acompanhamento e de orientação das atividades desenvolvidas em sala de aula e em laboratórios, vimos muitas contribuições e maior motivação para o envolvimento dos estudantes, além da possibilidade prévia de correção de possíveis falhas, da rapidez e da segurança na montagem física e de uma maior facilidade na análise de possíveis melhorias do projeto em diferentes grupos de trabalho.

Para a maioria dos estudantes que cursaram a disciplina, o uso do software proporcionou, dentre outros benefícios, maior dinamismo ao curso e maior interação entre o professor e os grupos, ou seja, entre os elementos que faziam parte das necessidades metodológicas do curso de Eletrotécnica, apontados na sondagem com os estudantes em conversa fora e em sala de aula. Necessário estarmos conectados ao tempo presente para que estabeleçamos um diálogo constante com os estudantes, conforme assevera Libâneo (2013, p. 40):

A escola continuará durante muito tempo dependendo da sala de aula, do quadro-negro, dos cadernos. Mas as mudanças tecnológicas terão impacto cada vez maior na educação escolar e na vida cotidiana. Os professores não poderão ignorar a televisão, o vídeo, o cinema, o computador, o telefone, o fax, que são veículos de informação, de comunicação, de aprendizagem, de lazer, porque há tempos o professor e o livro didático deixaram de ser as únicas fontes do conhecimento. Ou seja, professores, alunos, pais, todos precisamos aprender a ler sons, imagens, movimentos e a lidar com eles.

Concluímos que o simulador não deve ser encarado como um instrumental cartesiano, mas um processo em andamento, incerto e inacabado, como inacabado é o ser humano. Esse é um caminho que nos leva a desenvolver um sistema de raciocínio que se baseia na dúvida metódica sem pressupor certezas e verdades, mas busca a consonância com novos paradigmas. Estamos diante de um recurso didático, próprio de um novo tempo e de um novo paradigma, que exige a transformação das nossas certezas uma vez que vivemos um tempo que requer, do educador, uma atitude aberta diante da complexidade da sociedade, da técnica e da tecnologia.

Referências

BRASIL. Ministério da Educação e do Desporto. Secretaria de Educação Fundamental. Parâmetros Curriculares Nacionais. Brasília: MEC/SEF, 1997.

CAMARGO, Valter Luís Arlindo. Elementos de automação. São Paulo: Érica, 2014.

FRANÇA, Larissa Samara Paula; SOUZA, Gerson Manuel Marinho. Relatório do projeto da esteira com atuadores controlados por CLP da disciplina Automação Industrial do curso técnico em Eletrotécnica. Porto Velho, 2015. mimeo.

LEITE, L. H. A. Pedagogia de projetos - intervenção no presente. Presença Pedagógica, v. 2, nº 8, mar./abr. 1996.

LIBÂNEO, J. C. Democratização da escola pública: a pedagogia crítico-social dos conteúdos. São Paulo: Loyola, 1985.

LIBÂNEO, J. C. Organização e gestão da escola: teoria e prática. 5ª ed. revista e ampliada. Goiânia: Alternativa, 2004.

LIBÂNEO, J. C. Adeus, professor; adeus, professora? Novas exigências educacionais e a profissão docente. São Paulo: Cortez, 2013.

LIBÂNEO, J. C.; OLIVEIRA, J.; TOSCHI M. S. Educação escolar: políticas, estrutura e organização. 2ª ed. São Paulo: Cortez, 2005. (Coleção Docência em Formação).

PEQUENO, Doroteu Afonso Coelho. Simula: um software educativo de simulação de circuitos pneumáticos com aplicações de lógica Fuzzi. 2004. 140f. Dissertação (Mestrado Integrado Profissionalizante em Computação), Universidade Estadual do Ceará, Fortaleza, 2004.

PRADO, Fernando Leme. Metodologia de projetos. São Paulo: Saraiva 2011.