Boletim de Tecnologia da HARTING

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1 16 Boletim de Tecnologia da HARTING Artigo de visitante por Herbert Kraibühler Automação: uma tendência futura que estimula a indústria de moldes por injeção Conectividade de dispositivo visão geral. A revolução no metrô asiático

2 tec.news 16: Editorial Philip F.W. Harting Impulsionando o desempenho A harting Technology Group continua na ofensiva. Nossa meta é atingir um desempenho ainda melhor, tornar os processos e fluxos de trabalho ainda mais eficientes, e proporcionar maior valor adicionado para o benefício de nossos clientes industriais. Novas unidades da Romênia e China, o centro de logística da Ásia na China, a subsidiária australiana e a expansão de nossas atividades no Vietnã e no Oriente Médio são todos aspectos importantes do plano estratégico. Porém há ainda mais, entretanto. A harting está unindo forças com um crescente número de distribuidores locais para entrar nos mercados mundiais, especialmente nos países em desenvolvimento industrial. A harting está criando em todo o mundo uma base mais ampla, mais eficiente, mais moderna e mais concentrada no cliente. A meta é desenvolver ainda mais nossos mercados centrais e obter acesso a novos mercados em um mundo que está cada vez mais se tornando uma única rede internacional. Aproximação À medida que as vendas globais, a produção e a rede de desenvolvimento da harting continua a se expandir, estamos nos aproximando cada vez mais de nossos clientes. Estamos adquirindo uma melhor compreensão de suas necessidades e do que temos de fazer para proporcionar maiores benefícios ao cliente. Os clientes da harting operam em uma variedade de mercados de produção industrial. Você encontrará produtos da harting em qualquer lugar em que estiverem envolvidas a geração e distribuição de energia, administração de máquinas e produção e operação estratégica de redes industriais. Os produtos da harting são líderes na indústria e extramente confiáveis. O envolvimento precoce dos especialistas da harting no processo de desenvolvimento produz benefícios significativos que são 2 harting tec.news 16 (2008)

3 refletidos em excelente desempenho de produto, soluções harmonizadas e minimização de custo/esforço durante o projeto, início, serviço e manutenção. A harting é capaz de fazer uma contribuição significativa, pois possui a experiência necessária em produção industrial e soluções totais abertas e à prova de mudanças futuras para novas aplicações. A harting está baseada em tecnologia de última geração, software e soluções que possuem um registro de trajetória comprovada no mundo dos escritórios e as adapta ao ambiente industrial. A maior força da harting é seu desejo de abraçar novas idéias combinado com sua experiência na transformação de idéias em realidade. Também recebemos com interesse parcerias fortes. Em cooperação com nossos clientes e parceiros industriais, desenvolvemos soluções que as partes individuais envolvidas não poderiam ter proporcionado trabalhando por conta própria. A lista de exemplos do ano passado inclui: soluções de comunicações e controle para sistemas de acionamento distribuído em grandes aeroportos (em cooperação com a Siemens), soluções de plano de fundo confiáveis e de alto desempenho para equipamento de ultrasom da GE Healthcare, sensores ferroviários de alto desempenho, soluções de Ethernet para sistemas de transporte de metrô na Coréia do Sul e Áustria, assim como instrumentação e sistemas de controle para severos ambientes marinhos e de energia eólica. A harting impressiona com sua muito ampla experiência e competência em soluções. Integração transparente em rede IT de automação, que reflete a convergência indetível das comunicações de escritório e fábrica, é uma prioridade na harting. O desenvolvimento mundial de Ethernet e TCP/IP no mundo dos negócios expande o horizonte incluindo oportunidades que poucas pessoas no mundo industrial perceberam serem possíveis. A crescente convergência dos processos de escritório e fabricação em toda a indústria está abrindo novos horizontes. A IT de Automação oferece produtos e soluções inovadoras que estão impulsionando o processo, inclusive soluções de integração para toda a entidade de produção, integração de dados relacionados à produção no sistema ERP e integração transparente em rede de administração, planejamento e produção. Estas são visões do futuro? Vaporeware? De jeito nenhum! A harting tem colocado soluções integradas deste tipo em exibição em apresentações comerciais nos últimos anos, e está desenvolvendo a tecnologia em sua unidade de Zhuhai, na China. Esta completa solução de controle e comunicações se estende bem além das quatro paredes da unidade. A unidade de Zhuhai está integrada à rede mundial de comunicações da harting, oferecendo enormes oportunidades e potencial. Orientação ao cliente Porém há ainda mais. A harting sempre manteve um forte foco nos clientes, e este é um dos impulsionadores do sucesso sustentado da empresa. Compreender o que nossos cliente precisam, atender rapidamente com soluções flexíveis e reduzir o tempo até o mercado são grandes pontos fortes da harting. E agora estamos fazendo ainda mais esforço. Um novo departamento foi constituído para adiantar e acelerar o desenvolvimento de soluções específicas para o cliente. Pesquisa e desenvolvimento também é um dos pontos fortes da harting, impulsionando inovação dentro do harting Technology Group. Estamos atualmente intensificando nossas atividades contínuas de P&D para desenvolver novas tecnologias e novos produtos e soluções que ampliem nossa carteira. Porque estamos realizando todas essas atividades? A resposta é simplesmente que estamos atendendo a nossos clientes. Aproveitamos a extensa e profunda experiência que obtivemos e desenvolvemos todos os nossos produtos para atingir uma única meta: aumentar o valor adicionado e a satisfação do cliente. 3

4 tec.news 16: Índice harting tec.news 16 (2008)

5 Índice Editorial: Philip F.W. Harting: Impulsionando o desempenho _2 Artigo de visitante por Herbert Kraibühler: Automação: uma tendência futura que estimula a indústria de moldes por injeção _6 Presença da harting em Feiras em 2008 _86 Automação impulsiona a eficiência Ethernet quer dizer eficiência _10 Conectividade de dispositivo visão geral _13 Ritmo é isso! A automação de TI começa com tudo _46 Domando dois leões dançarinos _50 Outra boa idéia! _66 Tecnologia de barramentos de energia reduz custos _76 Liderança tecnológica Campeonato Mundial RoboCup _18 Conectores MicroTCA inovadores _26 Integridade de sinal em canais de alta velocidade _37 Quente nos trilhos _56 Propriedades eletromecânicas simuladas de um conector eletrônico _70 Segurança Monitoramento Dinâmico de Ativos Ferroviários Máxima Precisão em Alta Velocidade _20 Sistema de cabos jumper para vagões ferroviários para linha Ethernet redundante os switches harting suportam a solução especial _34 Ethernet em trens de passageiros _42 Soluções de sistema harting energia eólica _62 Sobre a vida de um mergulhador de águas profundas _74 Entretenimento A revolução no metrô asiático _60 Chamando estúdio móvel! _78 O Han da ópera _82 Parceria de sistema Vanguarda do Ultra-Som _31 Allrounders Sistemas MicroTCA em aplicações industriais _40 Parcerias fortes proporcionam maior competitividade na economia globalizada _54 Detalhes da Publicação. Publicado por: harting KGaA, M. Harting, P.O. Box 1133, Espelkamp (Germany), Tel , Fax: , Internet: Editor Chefe: A. Bentfeld Vice-Editor-Chefe: Dr. H. Peuler Coordenação geral: Departamento de Comunicação e Relações Públicas, A. Bentfeld Projeto e Layout: Contrapunkt Visuelle Kommunikation GmbH, Berlin Produção e impressão: Druckerei Meyer GmbH, Osnabrück Circulação: cópias em todo o mundo (Alemão, Inglês e 11 outros idiomas) Fonte: Se você estiver interessado em obter este boletim de forma regular e gratuita, entre em contato com sua filial harting mais próxima, seu parceiro de vendas harting ou um dos distribuidores locais harting. Você também pode solicitar Novidades técnicas online em Reimpressões: Reimpressões completas e trechos de contribuições estão sujeitos a aprovação por escrito do Editor. Isto também se aplica a contribuições com bases de dados eletrônicas e reprodução em mídia eletrônica (p.ex. CD-ROM e Internet). Todas as designações de produto utilizadas são marcas registradas ou nomes de produtos pertencentes à harting KGaA ou outras empresas. Apesar da cuidadosa edição, não é possível eliminar completamente os erros de impressão ou fazer alterações às especificações de produto mediante notificação de curto prazo. Por este motivo, a harting KGaA só é vinculada pelos detalhes no catálogo apropriado. Impresso por método ecologicamente correto em papel alvejado totalmente com cloro e com alta proporção de papel reciclado by harting KGaA, Espelkamp. Todos os direitos reservados. 5

6 tec.news 16: Artigo de visitante 6 harting tec.news 16 (2008)

7 Herbert Kraibühler Automação: uma tendência futura que estimula a indústria de moldes por injeção A transferência contínua da produção de peças baratas e itens simples para países com baixos custos de produção está reduzindo o volume de pedidos em países com altos custos de mão-de-obra. Para contrariar esta tendência e achar modos de manter a produção competitiva e econômica nos países de altos salários, os fabricantes terão que aumentar a complexidade das peças e automatizar o processo industrial. Integração de funções Um das tendências futuras da indústria de moldes por injeção é a integração de funções complexas ao ciclo de produção. Na feira mundial K 2007 em Düsseldorf a Arburg, em colaboração com a Oechsler, seu parceiro de inovação, demonstrou como funções complexas podem ser integradas ao ciclo de produção pelo design inteligente de moldes e processos. Tiras de LED s em uma única etapa de produção Uma tira de LED s completamente funcional foi produzida em uma única etapa de produção em uma célula de produção complexa. O núcleo do sistema é uma máquina de moldes por injeção Allrounder 370 S de três componentes com um sistema robótico Multilift V e um molde rotativo de três estações, que é girado servo-eletricamente até a próxima estação em etapas de 120. Este processo é possível através do uso de um plástico condutor especial desenvolvido recentemente e pelo encapsulamento de um componente LED altamente sensível. Isto resulta em altas demandas sobre a máquina de moldes por injeção, o molde e o sistema robótico. O ciclo de produção inteiro opera em série e à primeira vista parece ser muito simples: em primeiro lugar a carcaça é moldada, então as lentes são injetadas nos recessos correspondentes. O sistema robótico insere então o resistor e os três LEDs. Em seguida, a carcaça é completada com a injeção do terceiro componente PA condutor e é removida do molde. Os subprocessos do molde são muito sofisticados: o processo de moldagem por injeção de três componentes envolve não só a produção da carcaça e das lentes o plástico altamente condutor também é injetado no molde usando tecnologia hot-runner e os componentes eletrônicos são encaixados e os contatos formados. O tempo de ciclo necessário para produzir o componente completo é de aprox. 40 segundos. A seqüência inteira do processo é administrada pela interface gráfica de alto desempenho Allrounder de controle e do usuário, Selogica. Todas as três etapas do processo são executadas simultaneamente a cada etapa do ciclo. As lentes dos três LEDs são feitas de poliamida transparente, e o ABS é usado para a carcaça. Os condutores impressos são produzidos com um PA condutor especialmente desenvolvido. Todos os três plásticos podem ser processa- 7

8 tec.news 16: Artigo de visitante Inclusão de etapas de produção posteriores Além de se concentrar nas operações subseqüentes, uma questão futura vai envolver cada vez mais um olhar na outra direção. As etapas de produção posteriores ao processo de moldagem por injeção serão cada vez mais levadas em conta. Por exemplo, isto inclui os processos de estampagem e dobra, e também a alimentação de peças para encapsulamento. Estes processos freqüentemente recebem muito pouca atenção pelas empresas de moldagem de plásticos por injeção, e não são considerados como parte essencial do negócio. Porém, mesmo os processos de produção de alta velocidade para os quais o ciclo de injeção parece ser muito lento à primeira vista pode trazer importantes simdos juntos sem dificuldades no Allrounder de três componentes. Em operações de trabalho consecutivas, a carcaça superior fabricada com as peças inferiores correspondentes e uma bateria de 9V podem então ser montadas em uma tira de luzes acabada. Usando este sistema para produzir uma tira de luzes LED como uma amostra da aplicação, os parceiros de projeto Oechsler e Arburg deram uma demonstração impressionante do que pode ser alcançado hoje usando máquinas e ferramentas sofisticadas de moldes por injeção para produção, inserção, integração de funções e operações de montagem consolidadas. Integração de operações subseqüentes Outro modo de produzir peças altamente complexas e tirar vantagem dos benefícios de custo e qualidade resultantes é integrar as operações que se seguem ao processo de moldagem por injeção. A lista inclui montagem, embalagem, revestimento, pintura e decoração de superfícies. No futuro, estas etapas de produção serão integradas mais de perto ao longo do ciclo de injeção, evitando danos e sujeira devido ao transporte intermediário, e também reduzindo significativamente o prazo da disponibilidade. Desta maneira, a redução nos tempos de processamento e armazenamento resulta em uma redução imediata do comprometimento de capital, e portanto abre mais o campo para investimentos. Fig. 2: O sistema robótico remove a peça acabada moldada por injeção. Moldagem por injeção classificada por cores de escovas de dente Um exemplo da integração ao longo das etapas de produção é a moldagem por injeção classificada por cores de escovas de dente, que foi alcançada usando uma máquina de cinco componentes, e agora até mesmo uma de seis. Na máquina de cinco componentes, os corpos básicos da escova de dente eram encapsulados em quatro cores diferentes em uma única operação, permitindo a produção de 16 escovas de dente em quatro combinações de cores diferentes em cada ciclo. A razão para esta tecnologia de máquina relativamente complexa está na logística: Graças à complexidade da máquina e do processo de moldagem por injeção, operações subseqüentes como a inserção de cerdas e a embalagem foram agilizadas na medida em que o tempo total da manufatura e embalagem até o transporte com quatro cores diferentes por unidade de embalagem poderia ser reduzido de alguns dias para algumas horas. Fig. 1: Resistores e LEDs inseridos na ferramenta. 8 harting tec.news 16 (2008)

9 plificações, reduções de custo e melhorias de qualidade quando o processo inteiro é levado em conta. Etapas iniciais muito promissoras já foram adotadas com respeito ao encapsulamento de folhas de metal e peças estampadas, freqüentemente usadas em telefones celulares e comutadores, e também peças decorativas para uso na indústria automotiva, por exemplo. As vantagens podem estar na redução dos prazos e quantidades de entrega, o que automaticamente resulta em economia de custos e confiabilidade logística. Isto demonstra que a produção econômica é alcançada não apenas por meio de máquinas, periféricos ou materiais de baixo custo um papel bem mais importante é o da maior disponibilidade geral da produção, processos confiáveis de logística e uma redução de tempo de manutenção. Sistemas mais complexos controles mais simples Particularmente no caso de células de produção completas, o valor de um sistema de controle central fica evidente. Apesar da crescente complexidade, os sistemas e processos amigáveis ao usuário devem não apenas serem mantidos, mas também melhorados. O operador só deve ser confrontado com um conceito operacional e interface do usuário centrais. Então, são requeridos sistemas de controle que permitam a integração de periféricos, um conceito operacional uniforme, programação simples e uma representação clara de processos complexos com todos os parâmetros importantes, um grau alto de confiabilidade de processo e funções de monitoração abrangentes para garantia de qualidade ou seja, um sistema inteligente na retaguarda. Fig. 3: O processo de produção inteiro, inclusive a embalagem, pode ser agilizado com o sistema complexo de moldagem por injeção de escovas de dente classificadas em cores Em direção ao futuro com inteligência Inteligência é por conseguinte uma palavra de ordem importante para o futuro da tecnologia de moldes por injeção. Os fornecedores e usuários de máquinas têm que alcançar uma produção mais simples de operar, mais confiável e lucrativa pelo uso de máquinas e processos mais inteligentes, junto com uma abordagem integrada de máquina, moldes, materiais e processo. Particularmente em países de altos salários, o futuro dependerá de maiores sinergias entre tecnologias de produção individuais no contexto de células de produção inteligentes com um sistema de controle central. Herbert Kraibühler Managing Director Technology and Engineering ARBURG GmbH + Co. KG, Loßburg Infobox Arburg A Arburg é um dos principais fornecedores de máquinas de molde por injeção do mundo para a indústria de processamento de plásticos, com forças de prensagem entre 125 kn e kn. Os campos de aplicação incluem a produção de peças de plástico para automóveis, comunicações e eletrônica de consumo, tecnologia médica, eletrodomésticos e embalagens. A carteira de produtos também inclui sistemas robóticos, outros periféricos e projetos complexos. A Arburg tem um departamento de projetos que desenvolve e implementa soluções completas sob medida, específicas para o cliente. O cliente tem um único ponto de contato para a concepção, implementação, entrada em produção, certificação na CE e serviços pós-vendas. O sistema de administração integrada da Arburg é certificado pelas normas DIN EN ISO 9001 e A empresa é representada por suas próprias organizações em 31 locais de 23 países, e por parceiros comerciais em mais de 50 países. Porém, as máquinas são produzidas exclusivamente na fábrica sede em Lossburg (Alemanha) com a marca de qualidade feito pela ARBURG fabricado na Alemanha. Do total de mais de empregados da Arburg, cerca de trabalham na Alemanha. Aproximadamente 330 empregados adicionais trabalham nas organizações da Arburg no mundo inteiro. 9

10 tec.news 16: Automação impulsiona a eficiência Ken Kotek Ethernet quer dizer eficiência O fluxo constante de novas tecnologias e o rápido ritmo de desenvolvimento, por um lado, parecem conflitar com o uso mais intenso de soluções padrão por outro lado. A solução para o dilema está disponível. O desenvolvimento de soluções de comunicação padronizadas e Ethernet Industrial não restringem os desenvolvimentos de tecnologia. Eles representam muito mais uma plataforma que reforça o desenvolvimento de toda uma variedade de novas tecnologias e acelera a realização de novas soluções em uma grande medida. 10 harting tec.news 16 (2008)

11 A aceitação mundial prova sem dúvida que a Ethernet Industrial agora chegou. A infinidade de redes de cabeamento fechado operando protocolos proprietários agora ficou para trás. Protocolos como PROFINET, DeviceNet e ModBus TCP ocupam grande parte da via de informações e são necessários para certos dispositivos. Contudo, esses protocolos não são a opção ideal para comunicação entre equipamentos industriais e subsistemas provenientes de uma variedade de fornecedores. É necessário um padrão de comunicação universal para suportar as combinações irrestritas de diferentes componentes do sistema e que é precisamente o que a Ethernet pode oferecer. Como pode, no entanto outro protocolo, intitulado Ethernet ajudar a eliminar as restrições na rede de cabeamento? Para compreender a solução, você tem que começar bem embaixo. A beleza do protocolo Ethernet é que ele opera nas mais baixas três camadas do modelo de sete camadas. No caminho até o topo, ele pode ser processado e dividido em segmentos que definem Ethernet/IP, PROFINET, Modbus TCP, etc. A camada mais baixa é denominada camada física, e compreende principalmente cabos e conectores. Como todos os protocolos usam cabos e conectores padronizados e robustos tornam a rede mais resistente. Na medida em que você trabalha até o topo, todos os outros protocolos apresentam-se em camadas sobre a camada física. Desde que a camada física fique inalterada, não há problema em acomodar outros protocolos. É por isso que a Ethernet é considerado como adaptável e aberto. Arquitetura aberta significa versatilidade Muitas aplicações e indústrias aderiram a este protocolo aberto com entusiasmo. Usando as capacidades full-duplex da Ethernet Industrial, a transferência de dados tornouse mais rápida assim como determinística. A arquitetura aberta, facilidade de uso e crescente aceitação da Ethernet, abrem as portas para novas idéias e aplicações. Embora os switches de Ethernet Industrial tenham impulsionado o desenvolvimento da tecnologia de baixo para cima, variando de versões plug&play até complexas funções de gerenciamento de rede, iniciou-se um tremendo aumento na demanda destes switches no mercado industrial. Os mercados que eram previamente dominados por soluções de bus de dados de campo estão agora migrando para a nova tecnologia. Produtos estão sendo oferecidos a uma completa variedade de mercados. A lista de novas aplicações inclui energia eólica, transporte ferroviário, produtos farmacêuticos e indústria automotiva. Energia eólica A energia renovável é o recurso do futuro. A redução nas emissões de CO 2 é um dos principais desafios para os futuros sistemas de geração de energia. A energia eólica é agora uma alternativa estabelecida mundialmente, e possui as maiores taxas de crescimento e inovação no setor industrializado. Na medida em que as turbinas eólicas crescem de tamanho e ficam mais sofisticadas, o comprimento do cabeamento desde a base até o topo aumentou. Mais de 100 metros é agora o padrão, excedendo os limites do cobre. A fibra ótica que tem um alcance de metros é uma alternativa atraente. A série econ 3062 da harting ampliou a faixa de temperatura tornando-se uma opção adequada para a indústria de energia eólica. Estes switches são utilizados principalmente para comunicação de dados entre turbinas eólicas e o equipamento de monitoração localizado centralmente. Transporte ferroviário As redes baseadas em controladores são projetadas para garantir que os passageiros ferroviários usufruam de uma viagem confiável e confortável, livre de problemas até seu destino. Estas soluções são agora muito mais realistas do que eram apenas há alguns anos atrás, e a Ethernet é um dos motivos pelos quais as coisas mudaram. Cada vez mais, os fabricantes de veículos ferroviários estão optando pela Ethernet como protocolo de comunicação. Segurança, ges- 3 11

12 tec.news 16: Automação impulsiona a eficiência tão operacional, controle de temperatura e comunicações sem fio são as principais aplicações. A linha de produtos econ, scon e mcon da harting combinadas com um sistema suporta essas funcionalidades industriais baseadas em Ethernet. Indústria farmacêutica Os produtos farmacêuticos estão sujeitos a estritos controles de qualidade e lote. O econ e mcon são a opção ideal para estas aplicações. Projeto suave e compacto é uma vantagem inestimável em salas limpas. A demanda por produtos farmacêuticos continua a aumentar, e isto afetará diretamente a Ethernet Industrial. Indústria automotiva Por necessidade, as fábricas de automóveis e sistemas de fabricação devem sempre incorporar as técnicas mais avançadas. As pressões da concorrência e dos custos resultam em altos níveis de inovação. Um dos principais fabricantes de veículos dos EUA, recentemente selecionou a Ethernet/IP como o padrão real de comunicações em todas as suas operações de produção. A Ethernet ajuda a monitorar e controlar aplicações, tais como, sistemas de visão, robôs, operações de pintura e soldagem. Os switches Ethernet harting, e a série mcon 3100 particular, aumentam e apóiam estas aplicações e oferecem os seguintes benefícios ao cliente: monitoração de processo em tempo real, aquisição automática de dados de processo, um único protocolo para todas as aplicações de controle de processo e comunicações e rápida e fácil instalação e operação. Um motivo pelo qual os conectores e cabos industriais harting fornecem serviço confiável também sob condições extremas na indústria automotiva é o forte compromisso da empresa com soluções personalizadas que proporciona benefícios destacáveis para os clientes. Estes são apenas alguns mercados em que a harting tem atuado nos últimos anos. A empresa não opera na maioria dos outros mercados de fabricação e serviço, porém há enormes oportunidades nesses mercados. Sempre que houver uma necessidade de transmissão e comunicação de dados, a Ethernet já está desempenhando um papel importante ou estará no futuro. Ethernet Industrial o padrão do chão de fábrica Cada vez mais aplicações em ambientes muito extremos estão sendo usadas na medida em que a Ethernet continua a ganhar espaço. A necessidade de Ethernet Industrial especial baseia-se no fato de que os cabos, conectores, switches Ethernet e o protocolo subjacente são apenas tão confiáveis quanto o hardware que os conecta. Este hardware de conexão fornece a melhor proteção contra aquecimento, poeira, umidade, vibração e temperatura extrema. Estas forças e capacidades são os motivos que impulsionam a Ethernet Industrial. Para complementar sua ampla linha de switches Ethernet Industriais, a harting oferece cabos e conectores industriais robustos que vão desde switches plug&play até complexas aplicações gerenciadas. Juntamente com a qualidade dos produtos Ethernet, o argumento de mercado mais importante para a harting é a engenharia baseada em valor. Um produto é apenas tão bom quanto os valores subjacentes: qualidade, integridade, suporte e experiência. Analistas de Rede Certificadas pela Cisco fornecem suporte aos clientes da harting para ajudá-los a desenvolver a melhor solução para suas aplicações específicas. O compromisso por parte destes analistas forma a confiança no produto e na rede Ethernet. A Ethernet moveu-se agora para aplicações e processos que utilizavam soluções insulares no passado ou que não estavam abertos devido a uma falta de capacidade de comunicações. A Ethernet Industrial criou oportunidades totalmente novas. A tecnologia avançou a uma taxa que ninguém considerara anteriormente possível. Os sistemas atingem economias de custo, proporcionam benefícios estendidos ao usuário e facilidades para os usuários, e são mais robustos e mais confiáveis do que jamais foram. Ken Kotek Senior Product Manager, USA HARTING Technology Group 12 harting tec.news 16 (2008)

13 Matthias Fritsche & Andreas Huhmann Conectividade de dispositivo visão geral A padronização de interfaces pode ajudar os usuários a administrar a complexidade dos sistemas de rede de hoje, e os padrões tornam novas tecnologias como a Ethernet mais amigáveis ao usuário. É precisamente aqui que uma definição de conectividade de dispositivo pode dar uma contribuição significativa. Questões de instalação e conectividade de dispositivos terão que ser esclarecidas e solucionadas para que as redes eficientes possam se tornar uma realidade na automação industrial. O primeiro passo será a definição de um sistema de rede que suporte a conectividade para as principais linhas de vida de um sistema de automação (dados, sinal e força). As linhas de transmissão de potência em 400 V, comunicação de dados e sinais para os dispositivos são igualmente importantes. 3 POWER SIGNAL DATA 13

14 tec.news 16: Automação impulsiona a eficiência Fig. 1: Tecnologia de conectividade PCB Há duas opções de conectividade. A instalação pode ser feita logo no começo durante a montagem de uma unidade funcional (como uma máquina) usando componentes pré-fabricados, ou a rede pode ser instalada no local usando tecnologia simples de conexão rápida. Em qualquer caso, o método de instalação tem que oferecer a melhor solução para a aplicação. Em ambos os casos, porém, há unidades funcionais integradas a considerar (dispositivos de automação). Estes dispositivos têm interfaces específicas do sistema que são definidas pela rede. Do ponto de vista funcional e de instalação, o fornecimento de uma solução ótima dependerá da disponibilidade de um sistema coordenado de rede, instalação e conectividade de dispositivo. Uma abordagem geral centrada no sistema estimula estratégias de conectividade de dispositivo que podem simplificar muito a solução de problemas ao nível do detalhe. Conectividade de dispositivo harting O espectro de soluções de conectividade de dispositivo possíveis é tão amplo quanto a gama de dispositivos que são utilizados na eletrônica industrial. A harting oferece uma ampla linha padrão de produtos de conectividade de dispositivos de dados, sinal e força para o mercado de eletrônica industrial. A linha da harting permite aos clientes implemen- tar a maioria das soluções de conectividade com rapidez e facilidade. Tendências de mercado como design compacto, melhor desempenho do dispositivo e o uso de comunicações via Ethernet com taxas de dados crescendo constantemente representam demandas específicas sobre as interfaces. A estratégia de conectividade de dispositivos da harting reflete a extensa experiência e conhecimento da empresa, e oferece uma oportunidade para abordar a questão da conectividade do ponto de vista do sistema, e encontrar a melhor solução na medida em que as expectativas e as demandas continuam evoluindo. O conector MicroTCA, que tem suas origens na conectividade de telecomunicações como um conector placa a placa, está sendo implementado agora em equipamentos de acionamento e controle. A última geração dos robustos conectores IP 67 PushPull está sendo usada em soluções de cabo-placa em ambos os segmentos do mercado. Isto confirma a tendência para a convergência na tecnologia de conectividade de dispositivos e a exploração das sinergias resultantes, e tem efeitos de longo alcance no posicionamento de mercado da harting. A empresa oferece mais que conectores de dispositivo inovadores. Ela oferece soluções globais de conectividade de dispositivo incluindo conectores, unidades pré-fabricadas e chassis completos. harting o parceiro de conectividade de dispositivo no processo de design Os efeitos vão muito além da relação de colaboração da harting com seus clientes. Na medida em que a relação se distancia do modelo convencional de cliente/fornecedor, a harting se envolve cada vez mais no desenvolvimento contínuo dos produtos e sistemas de produção do cliente. Hoje o cliente tem acesso ao conjunto de conhecimentos e especializações da empresa. Para complementar os serviços do nosso repersentante, uma equipe de aplicações técnicas altamente qualificada e um pessoal especializado em HF (alta freqüência) estão prontos para dar o suporte técnico necessário. A harting coloca à disposição de seus clientes seus conhecimentos de EMC, tecnologia de encapsulamento, design mecânico robusto, engenharia de alta 14 harting tec.news 16 (2008)

15 energia e instalação. A simulação de aplicações pode ser feita em um laboratório aprovado durante o processo de design. O harting Technology Group domina todas das principais tecnologias que são necessárias para soluções de conectividade de dispositivo integradas, incluindo a conectividade de PCB baseada em SMT, SMC, THT ou tecnologia press-fit. A harting trabalha com grupos de usuários para desenvolver soluções de conectividade de dispositivo que são então incorporadas às normas internacionais. Os fabricantes de dispositivo determinam o nível do envolvimento da harting no processo de design. Há três modos pelos quais a harting pode ajudar a identificar a melhor opção de conectividade de dispositivo: 1. O fabricante do dispositivo acha os produtos certos de conectividade de dispositivo no catálogo DeviceCon e assume a responsabilidade pelo design com a ajuda do suporte técnico de aplicações da harting. 2. O fabricante de dispositivos define as especificações da interface do dispositivo, e a harting ajuda na seleção dos produtos de conectividade de dispositivo. sistema de rede. Os requisitos de instalação dependem da aplicação do cliente. A eletrônica e o design do dispositivo determinam o método de integração. A harting é envolvida em todos os três níveis para implementar o conceito de conectividade de dispositivo. Os resultados confirmam a conveniência desta abordagem comprometida. 1. O sistema de rede Grupos de usuários como PNO (a organização de usuários PROFIBUS) geram sistemas de rede, inclusive PROFINET e outros. Estas organizações definem o desempenho de HF e a combinação dos requisitos de face. Atualmente há uma clara tendência para interfaces centralizadas em sistemas que estão fora do âmbito das comunicações. A PROFINET definiu agora um conector de distribuição de 24 V e o conector de força de 400 V. A solução para conectores de força de dispositivo em redes Ethernet IEEE é baseada no PoE. A indústria de engenharia mecânica também especificou interfaces de distribuição de dados e força na ISO Isto tem conseqüências de longo alcance, e realça a importância do envolvimento da harting nas organizações e associações da indústria para assegurar que as melhores soluções de conectividade de dispositivo à prova de futuro sejam identificadas e implementadas. 3. O fabricante de dispositivos planeja uma nova geração de dispositivos que usará tecnologia de conectividade de dispositivo sob medida. Um projeto em conjunto é lançado para definir a nova solução de conectividade de dispositivo. O resultado do esforço de colaboração é uma solução econômica e feita sob medida para produção em escala. Das três opções, apenas a última leva o processo de design a um novo nível. A colaboração entre a harting e o cliente da harting pode alcançar nova otimização de desempenho e explorar o potencial de economia adicional dos custos, particularmente durante o processo de desenvolvimento do cliente. A conectividade de dispositivo faz parte de uma solução de automação industrial com três conjuntos principais de requisitos: o sistema de rede, a instalação de conectividade e a conectividade de dispositivo. Os requisitos de engenharia na interface do dispositivo são derivados do 2. Conectividade de instalação As organizações e associações da indústria normalmente só definem requisitos funcionais para conectores, enquanto a instalação fica a cargo dos usuários. Produtores de grandes volumes de maquinário freqüentemente fornecem conjuntos de cabo pré-fabricados. Se a rede for instalada no local, a tecnologia de conectividade amigável ao usuário se torna um fator importante. Conectores plug-in são projetados para instalação simples, rápida e segura, e sua funcionalidade é crucial. O harting Han Quick Lock pode ser montado no local, mas apesar disso tem uma alta densidade de contato. Os usuários devem se envolver no desenvolvimento de outras estratégias de instalação, e os dispositivos têm que suportar esta tecnologia de instalação. A estratégia de instalação que foi adotada pelos fabricantes de automóveis alemães é um bom exemplo. Todas as três partes foram 3 15

16 tec.news 16: Automação impulsiona a eficiência trazidas conscientemente à mesa para acordar sobre uma solução ideal para atender necessidades futuras. A estratégia foi implementada em coordenação com o PNO para assegurar que os aspectos ao nível do sistema fizessem parte da equação. Os fabricantes de automóveis contribuíram com seus conhecimentos de instalação como usuários. Os fabricantes de dispositivo e de conectores inclusive a harting estavam à mesa quando a solução foi definida. 3. Conectividade de dispositivo Uma boa solução de interface desempenha um papel fundamental em qualquer estratégia de instalação. Os fabricantes de dispositivos tendem a selecionar conectores que oferecem a melhor solução para seu produto particular. Porém, a solução mais simples para o fabricante freqüentemente não é a melhor resposta no sistema e contexto do usuário. Fabricantes de dispositivo diferentes usam conectores diferentes que não são compatíveis entre si. Naturalmente, as demandas de conectores dos fabricantes de dispositivos são bem fundadas. A maioria dos dispositivos contém um PCB. Os fabricantes querem conectores que possam ser montados na placa e soldados junto com os outros componentes, e a SMT (Tecnologia de Montagem de Superfície) é a solução padrão. Uma abordagem diferente é necessária se o conector não for montado no PCB em uma versão particular do produto. O cabo flexível pode ser instalado entre o conector e o PCB. Em aplicações IP 67 onde dispositivos têm que operar em ambientes severos de máquina, a estratégia de encapsulamento é outro fator que tem que ser discutido com o fabricante de dispositivos. O PushPull Hybrid da harting: a rede, a estratégia de instalação e o conector Uma ótima estratégia de conectividade de dispositivo tem que ser baseada na melhor combinação de três variáveis, isto é o sistema, a conectividade de instalação e a conectividade de dispositivo no contexto global. Só um fabricante que esteja disposto a manter um diálogo intensivo com desenvolvedores de sistemas, usuários e fabricantes de dispositivos estará na posição de definir os novos padrões. Aquele fabricante também precisa oferecer produtos em todas as três categorias, e ter conhecimentos suficientes para achar soluções para as complexas questões envolvidas. Com base em seu foco estratégico na conectividade de dispositivos, conectividade de instalação e sistemas de rede, a harting está se posicionando como um fornecedor completo de soluções complexas centradas em sistemas. A tecnologia PushPull da harting já definiu um novo padrão. Após a aceitação da conectividade de instalação Han PushPull na indústria automobilística alemã, a empresa está passando agora para o próximo desafio. Uma nova abordagem é necessária para a instalação de máquina. A migração para a tecnologia de comunicação Ethernet oferece a oportunidade de simplificar significativamente a conectividade de máquina. A demanda do mercado por máquinas compactas que são produzidas em escala vai acelerar a tendência de múltiplos dispositivos inteligentes acomodados em um espaço pequeno ao redor de um controlador central. A topologia em estrela oferece eficiência e desempenho ótimos neste cenário. Com a topologia híbrida em estrela, o método de distribuição de força para os componentes é fundamentalmente diferente de uma solução de topologia em linha ou anel. Como a cascata não é usada em uma rede em estrela, a atual capacidade de manipulação pode ser ajustada para o dispositivo individual. Em uma rede estrela de máquina, 5 A é suficiente. Esta redução facilita o uso de conectores híbridos otimizados. A harting desenvolveu o conector de força PushPull Hybrid que também suporta comunicações Ethernet. O design miniaturizado do PushPull Hybrid atende as necessidades de fabricantes de dispositivos que desejam usar o conector em produtos compactos. O Guia de Seleção DeviceCon o caminho mais rápido para a solução certa de conectividade de dispositivo A harting sistematizou os três requisitos (sistema, instalação e dispositivo) e os incluiu nas mais recentes informações de produto no Guia de Seleção DeviceCon, que faz parte do novo catálogo DeviceCon. 16 harting tec.news 16 (2008)

17 Fig. 2: O Guia de Seleção DeviceCon Durante a seleção inicial de um conector, os fabricantes de dispositivo podem levar em conta todos os fatores que desempenham um papel durante a integração do conector ao dispositivo e a instalação do dispositivo pelos usuários, e também questões que afetam a compatibilidade do dispositivo no sistema global. Por exemplo, o Guia de Seleção mostra que um conector é uma versão de SMT compatível com PROFINET que usa a conectividade HARAX amigável ao usuário para instalação no local. Como os conectores harting são sempre projetados para oferecer conectividade ideal dentro do contexto de soluções de automação consis- tentes, eles são a plataforma ideal para interfaces de dispositivo que oferecem o máximo de benefícios aos fabricantes de dispositivos e aos usuários finais também. Matthias Fritsche Product Manager Device Connectivity, Electric HARTING Technology Group Andreas Huhmann Director Strategic Marketing, ICPN HARTING Technology Group 17

18 tec.news 16: Liderança tecnológica Prof. Dr. Martin Riedmiller, Dr. Volker Franke, Wilhelm Finke, Frank Tegeler Campeonato Mundial RoboCup A inteligência artificial está abrindo caminho para uma nova era, na qual os robôs ampliarão seu horizonte além do chão-de-fábrica para tornarem-se auxiliares em nossa vida diária. A Universidade de Osnabrück e o harting Technology Group estão trabalhando juntos para ajudar a equipe de robôs da universidade a defender seu título de campeões mundiais de futebol. O Projeto Brainstormers foi iniciado em 1998 como um portal recreativo para o mundo da inteligência artificial. A meta do projeto é promover a pesquisa sobre agentes adaptáveis e autônomos em ambientes complexos. O futebol de robôs foi selecionado por ser suficientemente complexo, porque sua complexidade se estende além da seqüência de movimentos para incluir inteligência e trabalho de equipe num ambiente de jogo competitivo. As equipes de futebol de robôs jogam entre si no campeonato RoboCup. A pesquisa funda-se em uma das idéias básicas além da inteligência artificial, ou seja, os programas de computador podem aprender autonomamente com o passar do tempo e tomar decisões corretas baseadas em tentativa e erro. Os princípios fundamentais além do processo de aprendizagem artificial são conhecidos desde a década de Os pesquisadores estão trabalhando atualmente em maneiras de escalar dos princípios subjacentes para os problemas complexos que têm relevância prática. O futebol de robôs é um ponto de partida apropriado, e o Campeonato Mundial RoboCup proporciona uma oportunidade de tentar novos métodos e técnicas e de competir contra equipes de pesquisa do mundo inteiro. O RoboCup é um projeto internacional que foi inaugurado para promover a pesquisa nos campos de inteligência artificial e de robôs móveis autônomos. O desafio científico e de engenharia é desenvolver uma equipe de robôs, até 18 harting tec.news 16 (2008)

19 2050, que possa competir com êxito com campeões mundiais humanos. No campeonato mundial que se realiza todo ano, as equipes têm a oportunidade de testar seus mais recentes desenvolvimentos em um ambiente competitivo e de compartilhar informações com outras equipes. Esta abordagem assegura uma rápida e eficiente disseminação da informação. Consistindo em seis robôs, a equipe Osnabrück Brainstormers joga na Liga de Tamanho Médio desde 2003 e ganhou os campeonatos de 2006 e Para ganhar o campeonato, os engenheiros tiveram que desenvolver o software e o hardware de robótica, incluindo o chassi, os atuadores, os sensores, o computador e a fonte de alimentação. É aqui que o harting Technology Group entra em ação. A contribuição inicial da harting está em focar o desenvolvimento contínuo do mecanismo de chute. Este mecanismo é um recurso essencial para um robô competitivo. O robô deve ser capaz de chutar com precisão e em alta velocidade, em alturas variáveis, que exigem o máximo dos sistemas de sensores e da velocidade de reação dos robôs das equipes adversárias. Os robôs devem ser capazes de passar a bola com precisão, em várias velocidades, o que é essencial para o trabalho de equipe bem-sucedido. A maioria dos mecanismos de chute em uso atualmente atende apenas a um destes critérios. A velocidade máxima da bola é de 9 m/s, e altura máxima dos chutes é de pouco mais de 4 metros. Estes dispositivos mecatrônicos aproveitam uma variedade de fontes de energia primárias, incluindo energia pneumática, força de efeito mola e mecanismos eletromagnéticos. Eles precisam ser muito compactos para caber em um espaço pequeno e devem consumir pouca energia. Esta aplicação particular também requer a máxima imunidade contra choques, impactos e vibração, bem como adequação a padrões de segurança apropriados para evitar que os espectadores e os operadores sejam expostos a risco. O grupo harting está avaliando atualmente o desempenho do mecanismo de chute dos robôs com um sistema de detecção de velocidade, que consiste essencialmente em barreiras de luz e em um computador. O ângulo de chute da bola é levado em consideração durante a detecção de velocidade, e uma câmera de alta velocidade é usada para a análise de precisão das seqüências de movimentos. Um novo cilindro de chute foi selecionado em conseqüência da análise inicial dos dados e do material fotográfico. O novo cilindro acelerou a bola até o dobro de velocidade durante os testes iniciais. A equipe está agora procurando encontrar maneiras de controlar a altura dos chutes. Mesmo o sofisticadíssimo sistema AI não pode atingir seu pleno potencial sem a solução mecânica apropriada. Isto inclui a capacidade de movimentar bem a bola, dependendo da situação atual no campo de jogo (i.e., variando a velocidade dos chutes). O mecanismo de chute aprimorado terá esta capacidade no futuro. O novo mecanismo de chute, juntamente com o software de aprendizagem adaptativa aprimorado, melhorou o desempenho dos robôs. O Brainstormers testará estas modernas melhorias no Campeonato Aberto RoboCup da Alemanha, que se realizará em abril de 2008 na Feira de Hannover. A equipe espera ser capaz de defender seu título em Hannover. A colaboração entre o Neuroinformatics Group da Universidade de Osnabrück e o harting Technology Group já demonstrou ser altamente benéfica para o Brainstormers. Além de oferecer uma introdução agradável ao mundo da inteligência artificial para o harting Technology Group, o projeto também tem um significativo potencial de aprendizagem e desenvolvimento, podendo-se afirmar com segurança que num futuro não muito distante os robôs assumirão um número cada vez maior de tarefas atualmente realizadas por seres humanos. De fato, os robôs já estão treinando para isto. Prof. Dr. Martin Riedmiller Neuroinformatics, Information Engineering and Cognitive Science Department University of Osnabrück Dr. Volker Franke Managing Director Applied Technologies HARTING Technology Group Wilhelm Finke Director Measurement and Testing Technology HARTING Technology Group Frank Tegeler Measurement and Testing Engineer HARTING Technology Group 19

20 tec.news 16: Segurança 20 harting tec.news 16 (2008)

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