Sistema de Monitoramento e Gestão Remotos de Maquinário em Canteiros de Obras

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1 Sistema de Monitoramento e Gestão Remotos de Maquinário em Canteiros de Obras Proposta para Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia de Computação, apresentado à Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro de Computação. Curitiba 2012

2 Caio Arce Nishibe Luís Guilherme Bergamini Mendes Renato Girardi Gasoto Sistema de Monitoramento e Gestão Remotos de Maquinário em Canteiros de Obras Proposta para Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia de Computação, apresentado à Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro de Computação. Orientador: Paulo Cézar Stadzisz Curitiba 2012

3 LISTA DE FIGURAS 1 Diagrama de Blocos do Sistema p. 8 2 Diagrama de Gantt p. 11

4 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS CF ERP GPS OS RTOS Compact Flash Enterprise Resource Planning (Planejamento de Recursos Empresariais) Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global) Operating System (Sistema Operacional) Real-Time Operating System (Sistema Operacional de Tempo Real)

5 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO p Objetivo Geral p Objetivos Específicos p. 6 2 METODOLOGIA p Fundamentos p Tecnologias p Windows Embedded Compact p Kit de desenvolvimento ebox p. 9 3 RECURSOS DE HARDWARE E SOFTWARE p Recursos de Hardware p Recursos de Software p Viabilidade p Cronograma Preliminar p CONTEXTO p CONCLUSÕES p. 13 Referências p. 14

6 5 1 INTRODUÇÃO O acompanhamento de maquinário em canteiros de grandes obras é um problema de alto impacto para empresas(veloso, 2009). Geralmente são enviadas equipes a regiões de difícil acesso para percorrer longas distâncias, como é típico em obras de porte extenso como dutos de gás ao longo de centenas de quilômetros. Tal atividade demanda uma grande quantidade de tempo, gasta recursos e causa desgaste de todos os funcionários envolvidos no processo (BAXTER; JESUS, 2006). Observa-se que esse processo ocorre de forma manual, quase sem nenhum tipo de acompanhamento de tecnologias da informação. A informatização das mais diversas atividades é um fenômeno que vem crescendo com a popularização dos computadores e disponibilidade de conexões à Internet com custo reduzido. Muitas áreas já fazem uso dessas tecnologias para automatizar e facilitar os processos envolvidos, porém percebe-se que a área de construção ainda não aderiu a esses recursos. Uma forma solucionar o problema é a gestão remota das máquinas e trata-se do objeto de estudo deste projeto (TUCKER, 2005). Sensores de localização GPS, direção, quantidade de combustível no tanque, quilometragem, entre outros, são colocados em cada um dos equipamentos do canteiro de obras. Tais sensores enviam seus dados a um módulo instalado na máquina, que por sua vez empacota as informações e as envia a um servidor central localizado dentro da obra, através de uma rede Wi-Fi TM industrial de alta velocidade presente no local. Uma vez no servidor, as informações podem ser acessadas por uma enorme gama de dispositivos, indo desde computadores pessoais aos smartphones e tablets, conforme aponta a tendência de mercado atual. Dessa forma, faz-se uso do sistema através dos conceitos de computação em nuvem (cloud computing). Através de um sistema com essas características, os responsáveis pelo controle de obras em empresas podem ter fácil acesso ao estado de todos os equipamentos distribuídos pelo canteiro, em qualquer lugar com disponibilidade de Internet e em qualquer dispositivo que conecte-se a ela. As repercussões disso incluem economia de capital, agilidade na tomada

7 1.1 Objetivo Geral 6 de decisões e diminuição do tempo de vistorias, que consequentemente permite um melhor uso dos funcionários para atividades de maior urgência. De forma geral, a empresa será mais produtiva e com isso mais lucrativa. Existem no mercado soluções similares voltadas principalmente para a gestão de equipamentos agrícolas. Um exemplo é a solução MODULO Máquina da TI-AGRO(TI- AGRO, 2012), que consiste em um monitor de recursos de máquinas agrícolas. É capaz de coletar dados sobre o consumo de combustível, atividades diárias, bem como gerar relatórios e manter um controle sobre o estado de manutenção dos equipamentos. Na área de construção, como é a proposta desse trabalho, não foi encontrada nenhuma solução com as características propostas, apenas sistemas baseados no modelo ERP. Palavras Chave: obra, gestão, monitoramento remoto, computação em nuvem, dispositivos móveis. 1.1 Objetivo Geral O objetivo geral deste projeto é implementar um sistema de gestão e monitoramento remoto de maquinário em canteiros de obras, juntamente com um sistema baseado em computação em nuvem para a visualização dos dados em qualquer dispositivo com conectividade à Internet. 1.2 Objetivos Específicos Como objetivos específicos desse projeto, pode-se citar: Implementar um sistema embarcado capaz de enviar dados de sensores para um servidor central através de uma rede Wi-Fi TM industrial. Implementar uma arquitetura em nuvem para o acesso remoto dos dados coletados em campo. Implementar um serviço web (web service) capaz de exibir as informações coletadas pelo módulo em campo, acessível através de uma grande variedade de dispositivos (computadores desktop, notebooks, smartphones, tablets, etc).

8 7 2 METODOLOGIA Para alcançar os objetivos propostos, o projeto se desenvolverá nas etapas a seguir: revisar literatura e levantar material teórico necessário. adquirir componentes de hardware, a partir da determinação da estrutura de hardware necessária. adquirir ferramentas de software, tais como ambientes de desenvolvimento, sistema operacional para o módulo embarcado, servidores web e bancos de dados. implementar sistema embarcado responsável pela captura das variáveis mensuradas nos sensores e posterior envio ao servidor central da obra. implementar arquitetura em nuvem, responsável pelo recebimento e armazenamento das informações coletadas no módulo localizado em campo. implementar um serviço web (web service) para permitir a visualização remota das informações armazenadas. testar hardware, etapa em que serão realizadas calibrações e ajustes finais no módulo de coleta de dados. testar software, etapa em que serão realizados testes locais e globais na arquitetura de armazenamento das informações, bem como nos dispositivos que acessarão o sistema através do serviço web. analisar resultados e conclusões, etapa em que será redigida a monografia em sua versão final englobando os resultados obtidos, bem como detalhes de desenvolvimento e dificuldades encontradas durante a execução do projeto. O diagrama de blocos da Figura 1 ilustra o funcionamento básico do sistema.

9 2.1 Fundamentos Fundamentos Figura 1: Diagrama de Blocos do Sistema Ao longo da execucão do projeto, serão empregados os seguintes fundamentos: Projeto e Desenvolvimento de Sistemas Embarcados: necessário ao desenvolvimento do sistema embarcado que fará o monitoramento das máquinas. Eletrônica: necessário ao interfaceamento dos sensores com o sistema embarcado. Computação em Nuvem: necessário a criação da arquitetura em nuvem que disponibilizará as informações do sistema embarcado na web. Programação Web: necessário para a programação da aplicação web que será executada no servidor. Engenharia de Software: necessário ao bom planejamento e especificação de cada módulo envolvido no projeto. Gerenciamento de Projetos: necessário ao estabelecimento de prazos e metas para garantir o sucesso do projeto dentro do cronograma estabelecido. 2.2 Tecnologias O projeto proposto fará uso das seguintes tecnologias:

10 2.2 Tecnologias 9 Microsoft Visual Studio 2010 Professional Edition, para desenvolvimento do web service responsável por exibir as informações coletadas em campo. Microsoft Visual Studio 2008 Profesisonal Edition, para desenvolvimento do sistema embarcado que será instalado nas máquinas em campo..net Framework/.NET Compact Framework, como framework principal para a programação dos sistemas. Windows Embedded Compact 7, um sistema operacional de tempo real (RTOS) (TANENBAUM, 2009) que será instalado no módulo embarcado. SQL Server Express 2008 R2, instalado no servidor central para armazenar os dados das máquinas recebidos do módulo embarcado. Microsoft Internet Information Services (IIS) 7.5, servidor web para exibir as informações aos clientes que se conectem através da arquitetura em nuvem. Kit de desenvolvimento ebox 3300, hardware em que será instalado o Windows Embedded Compact 7 bem como os sensores necessários ao monitoramento. Access Point Wi-Fi TM de padrão industrial, instalado no ambiente da obra, para comunicação sem fio dos módulos em cada máquina com o servidor central Windows Embedded Compact O Windows Embedded Compact 7 (MICROSOFT CORPORATION, 2011) é um RTOS de alta confiabilidade e segurança que inclui modernas tecnologias de comunicações, essenciais ao desenvolvimento do projeto em questão, como drivers para módulos Wi-Fi TM. Com ele, é possível utilizar tecnologias tais como o.net Compact Framework, que proporciona um ambiente de desenvolvimento de alta qualidade Kit de desenvolvimento ebox 3300 A plataforma de hardware utilizada será o ebox 3310A MSJK (Jump start kit) (DMP ELECTRONICS INC, 2008). Trata-se de um dispositivo embarcado com uma CPU Vortex86DX de 1 GHz, 512 MB de memória RAM DDR2, interfaces serial e USB 2.0, entrada para cartões de memória Compact Flash e fonte de energia de 100 a 240 VAC 50/60 Hz. O cartão CF será utilizado para armazenar o sistema operacional e a aplicação embarcada.

11 10 3 RECURSOS DE HARDWARE E SOFTWARE 3.1 Recursos de Hardware A equipe utilizará recursos de hardware adquiridos com capital próprio, como computadores pessoais, kit de desenvolvimento de hardware e laboratório pessoal contendo fonte de alimentação, osciloscópio, multímetro e estação de solda. Serão utilizados dois módulos de hardware principais ligados ao kit de desenvolvimento, um para captura de sinais analógicos e interfaceamento com os sensores, outro para comunicação Wi-Fi TM (KUROSE; ROSS, 2009). Os sensores utilizados, incluindo o módulo de localização GPS, também serão adquiridos pelos integrantes da equipe. 3.2 Recursos de Software Para o sistema embarcado será utilizado o RTOS Windows Embedded Compact 7, que permite o desenvolvimento com o.net Compact Framework. O Windows Embedded será obtido através de uma licença acadêmica disponível para alunos da UTFPR através do Microsoft DreamSpark. Para a criação do OS customizado será utilizado o Microsoft Visual Studio 2008 Professional, obtido da mesma forma. Para o servidor web, será utilizado o Windows Server 2008 R2, equipado com o software Microsoft Internet Information Services (IIS) e com o banco de dados (SILBERS- CHATZ; KORTH; SUDARSHAN, 2008) SQL Server Express 2008 R2. O Windows Server será obtido através do Microsoft DreamSpark e o SQL Server Express possui distribuição gratuita. Para desenvolvimento do web service, será utilizado o.net Framework 4 e o Microsoft Visual Studio 2010 Professional, disponível no Microsoft DreamSpark. Para os clientes que acessarão o sistema, será necessário apenas um dispositivo com acesso à Internet e um navegador web. Tais dispositivos incluem computadores pessoais,

12 3.3 Viabilidade 11 notebooks, tablets, smartphones, entre outros. 3.3 Viabilidade O projeto é viável pois os conhecimentos que servirão como base para a execução são detidos pela equipe e os conhecimentos complementares serão assimilados tendo como fonte o material de pesquisa. As licenças dos softwares que serão utilizados estão disponíveis através de convênios entre a Universidade e a Microsoft. Os hardwares básicos já estão de posse da equipe, restando apenas a aquisição de alguns sensores e demais componentes eletrônicos. Logo o projeto é viável financeiramente. 3.4 Cronograma Preliminar A Figura 2 apresenta o cronograma preliminar. As principais atividades foram numeradas da seguinte forma: (1) Revisar Bibliográfia. (2) Implementar Sistema Embarcado. (3) Implementar Arquitetura em Nuvem. (4) Implementar Serviço Web. (5) Documentar. Figura 2: Diagrama de Gantt

13 12 4 CONTEXTO A ideia desse projeto surgiu a partir de uma necessidade real da Petrobras, que deseja monitorar, automatizar e inserir controle remoto em suas obras de grande porte e de lugares distantes. Com a automação do maquinário envolvido nessas obras será possível promover maior nível de segurança, pois com o controle remoto das máquinas, o funcionário não será exposto aos riscos existentes no local de trabalho. Tornar-se-á mais simples também a gestão de recursos humanos, que não envolverá grandes deslocamentos de funcionários entre obras distintas. Outra vantagem do monitoramento remoto é a possibilidade de localizar e desabilitar a máquina caso ocorra um eventual furto, permitindo sua posterior recuperação. Diversas empresas de construção se beneficiariam com esta solução. Entretanto, o projeto atualmente não possui vínculos com nenhuma empresa e proprõe-se a solucionar apenas a etapa de monitoramento remoto. Existe a possibilidade de desenvolvimento futuro em parceria com empresas, como por exemplo a própria Petrobras.

14 13 5 CONCLUSÕES O monitoramento de canteiros de obras é uma necessidade real de empresas, inclusive algumas de grande porte como a Petrobrás. Através desse projeto, tais empresas podem beneficiar-se do sistema remoto obtendo maior produtividade e consequentemente maior lucro, devido a economia do tempo necessário para a inspeção dos locais. Através do serviço em nuvem, os gestores podem obter rapidamente dados sobre equipamentos e determinar seu melhor uso, assim como corrigir pontos passíveis de falhas. O projeto é viável, já que a equipe possui os recursos de software e hardware necessários, assim como o conhecimento de engenharia de software, programação para sistemas embarcados e web, além de projeto de hardware. Esse projeto possui valor educacional pois envolve conhecimento e integração de praticamente todas as áreas abordadas do curso, tais como redes de computadores, sistemas embarcados, computação em nuvem, banco de dados, eletrônica geral e sistemas distribuídos, proporcionando uma aplicação prática em uma necessidade real.

15 14 REFERÊNCIAS BAXTER, N.; JESUS, H. D. Remote Machine Monitoring: A Developing Industry Disponível em: <http://rtcmagazine.com/articles/view/100396>. DMP ELECTRONICS INC. ebox-3300 / Disponível em: <http: //www.compactpc.com.tw/ebox-3300.htm>. KUROSE, J. F.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 3. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, MICROSOFT CORPORATION. Windows Embedded Compact Disponível em: <http://www.microsoft.com/windowsembedded/en-us/campaigns/compact7/ default.aspx?wt.mc_id=van_c7>. SILBERSCHATZ, A.; KORTH, H. F.; SUDARSHAN, S. Sistema de Banco de Dados. 3. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, TANENBAUM, A. S. Sistemas Operacionais Modernos. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, TI-AGRO. Módulo Máquinas Disponível em: <http://www.agrisoft.com.br/ index.php?option=com_content&view=article&id=77&itemid=192>. TUCKER, N. Using PDAs and Wireless Technology in Remote Machine Monitoring Disponível em: <http://rtcmagazine.com/articles/view/100396>. VELOSO, N. Gerenciamento e Manutenção de Equipamentos Móveis. 1. ed. São Paulo: Sobratema, 2009.

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