PLATAFORMA PARA MONITORAMENTO REMOTO DE SISTEMAS DE MANUFATURA

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1 Anaisdo13OEncontrodeIniciaçãoCientíficaePós GraduaçãodoITA XIIIENCITA/2007 InstitutoTecnológicodeAeronáutica,SãoJosédosCampos,SP,Brasil,Outubro,01a04,2007. PLATAFORMAPARAMONITORAMENTOREMOTODESISTEMASDE MANUFATURA EmilYoshigaeNakao ITA I nstitutotecnológicodeaeronáutica.praçamarechaleduardogomes,50,viladasacácias SãoJosédosCampos SP BolsistaPIBIC CNPq emilnakao@msn.com CarlosEduardoOliveiraSilva ITA I nstitutotecnológicodeaeronáutica.praçamarechaleduardogomes,50,viladasacácias SãoJosédosCampos SP csilva@ita.br PedroPauloGomesDominguesdeOliveiraSantos ITA I nstitutotecnológicodeaeronáutica.praçamarechaleduardogomes,50,viladasacácias SãoJosédosCampos SP pedroita@ig.com.br EmíliaVillani ITA I nstitutotecnológicodeaeronáutica.praçamarechaleduardogomes,50,viladasacácias SãoJosédosCampos SP evillani@ita.br Resumo. Monitoramentoremotopode serentendido como o processo deaquisiçãode dados deumsistema esua transmissão em tempo real por um meio de comunicação a um local geograficamente distinto. Entre as diversas aplicações de monitoramento remoto está o monitoramento de processos de manufatura. O CCM ( Centro de CompetênciaemManufatura ),noita,desenvolveuduasfrentesdepesquisaprincipaisnaárea:odesenvolvimentode softwarecustomizadoparamonitoramentoremotoeaanálisedeaplicativosdisponíveiscomercialmente.estetrabalho abordaaprimeirafrentedepesquisa,eapresentaasoluçãoadotadaparaomonitoramentoremotodamáquinacncdo laboratório.asoluçãoécompostadeumprogramacliente,queéexecutadoemumcomputadorremoto,eumprograma servidor, responsável pela coleta de dados em si, funcionando no computador local. Dentre as funcionalidades oferecidasestãoatransmissãodevídeoededadosobtidosdamáquinacnc,arespeitodoprocessodeusinagemem curso.essasfuncionalidadesforamtestadasindividualmente,edepoisreunidasemumaplicativofinal. Palavraschave:monitoramentoremoto,processodemanufatura 1.Introdução Noatualcenáriomundial,aindústriademanufaturaenfrentadesafiossemprecedentes,resultantesdeummercado globalcadavezmaiscompetitivo(lee,2003).ainterneteoprocessode e business aumentaramavelocidadenos processosdenegócioepermitiramqueempresasabandonassemaabordagemtradicionaldeaplicaroconceitode integraçãorestritamenteaseusequipamentosnochãodefábrica,emdetrimentodeumanovavisão,maisampla,que abrangetodoociclodevidadoprodutoeacadeiadesuprimento. AcooperaçãoproporcionadapelaInternetéconsiderada bi dimensional,nosentidoqueabrangenãoapenasa integraçãohorizontalentreentidadesequivalentes,comotambémaintegraçãoverticalaolongodetodaacadeiade suprimento (fornecedores, unidades de manufatura, distribuidores e assistência técnica) (Hao et al., 2005). Como resultadodestacooperação,tem sesistemasdemanufaturamaiságeiseflexíveis,comcapacidadedegerarrespostas rápidasemambientesdistribuídos. Alémdisso,aglobalizaçãodasúltimasdécadasimpulsionouadistribuiçãogeográficadeempresas,indústriase equipesdetrabalho.umresultadodestaglobalizaçãoéacrescentenecessidadedeaplicaçõesquesebeneficiamdo acessoadiversosequipamentoslocalizadosemlugaresgeograficamentedistintos:indústriasantescentralizadasem umaúnicaplanta,hojeseencontramespalhadaspordiversascidades,paísesecontinentes. Estesfatoresresultaramemumanecessidadesemprecrescentedetrocadeinformaçõesreferenteaatividades interdependentes. Exemplos são informações relativas ao desenvolvimento de projetos em conjunto, informações referentesapeçasemprodução,entreoutras.arespostaparaestanecessidadeestánoconceitodee manufacturing,que utilizaa Internet comomeioeficiente erápidoparaoacessoremotoadados,com objetivode integrartodos os elementosdoprocessoprodutivo. UsuáriosdeprogramasbaseadosemInternetpodemsecomunicar,trocandoinformaçõeseprocessostípicosde tecnologiaatravésdeumaestruturaderedebaseadanoprotocolotcp/ip.atravésdoconceitode e manufacturing obtém seumanovapossibilidadedeaproveitamentodestaestruturadentrodosistemademanufatura(adamczyketal.,

2 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, 2003),oqueinclui,porexemplo,aexecuçãodeprocessosedisponibilizaçãoremotaderesultadosemtempo realpara observação,acompanhamentooumanipulação(yeungetal.,2003). Dentro doconceitode e manufacturing,o monitoramento remoto deprocessos de manufatura é ofoco deste trabalho.atravésdomonitoramentodochãodefábricaépossívelpreveravariaçãododesempenhodosistema,oque podeserutilizadoparare escalonamentodinâmicodaproduçãoeoperaçõesdemanutenção,alémdasincronizaçãocom atividades dos níveis organizacionais superiores da empresa (Lee, 2003). Além disso, a integração proporciona flexibilidadedeconfiguraçãodosistemademanufatura.porexemplo,umchãodefábricacaracterizadopelafabricação degrandevariedadedeprodutosdelotespequenosrequerumcontroledinâmicoemonitoramentoemtemporealcapaz deadaptar searápidasmudançasdecapacidadedeproduçãoefuncionalidade. Do ponto de vista de software, o monitoramento remoto pode ser implementado através de programas computacionais dedicados ou simplesmente explorando os recursos disponíveis gratuitamente nos chamados navegadores. Dopontodevistadehardware,énecessárioaobtençãoedisponibilizaçãodeinformaçõesdosprocessosem execução.numfuturopróximo,controladoresdecomandonuméricocomputadorizado(cnc),sensoreseatuadores, entreoutrosequipamentos,serãodotadosdeprocessadoresembarcadoscomrecursosdotipoplug and playflexíveiso suficienteparaproporcionarumaintegraçãoimediata.todavia,estaaindanãoéarealidade.umanovacapacitaçãode tecnologiaéurgentementerequeridaparaincorporaràsmáquinascnctradicionaisacapacidadedemonitoramento remoto(wanget al.,2004).particularmente,emsistemas demanufaturadepequenoporte,ondefluiumamenor produção,ocustodeincorporaçãoderecursosdee manufacturingpodeserumfatorlimitante.obaixocustoéportanto umrequisitonecessáriodassoluçõespropostas(kimuraandkanda,2005). Deumaformageral,aimportânciadodesenvolvimentodesistemasdemonitoramentoremotoviaInternet,vêm sendoindicadapordiversostrabalhosnãoapenasnoambienteacadêmico,mastambématravésdesoluçõesindustriais (Wanget al, 2001;Yeung andhuang, 2003).Nesse contexto, oobjetivo deste trabalhoé aplicar este conceitoao laboratórioccm(centrodecompetênciademanufatura)doita(institutotecnológicodeaeronáutica),atravésdo projetoeimplementaçãodeumsistemademonitoramentoremotodeumamáquinacnc.dadoocunhoacadêmico, educacionaledepesquisadainstituição,entreaspossíveisaplicações,destaca seoe learning,oueducaçãoàdistância, temaquevemrecebendodestacadaatenção,além dafacilitaçãodaaquisiçãodosdadosdeexperimentos quesão executadosduranteaspesquisasdesenvolvidasnolaboratório. EstetrabalhofoidesenvolvidocomopartedoProgramaTIDIA/KyaTera(TIDIA KyaTera,2007),quetemcomo objetivoconectarlaboratóriosdepesquisaatravésdeumarededefibraóticadealtavelocidade.aredetidia/kyatera deveser usada comoplataformade testeparapesquisas em diferentes áreas,incluindomonitoramentoremotode sistemasdemanufatura. 2.Arquiteturadosistemademonitoramentoremoto Osistemademonitoramentoremotopropostodestina seaprocessarinformaçõesdamáquina ferramentacnc HermleC600UdoCCM,ITA().EssamáquinautilizaatecnologiaHSM(HighSpeedMachine)atravésdoCNC SiemensmodeloSinumerik840D,quecontrolaoscincoeixosdamáquina(X,Y,Z,AeC),alémdoeixo árvore(figura 2)emagazinedeferramentas. Figura1.MáquinaHermleC600U.

3 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, Figura2.Eixosdamáquina. Oobjetivodosistemademonitoramentoremotoérealizaraaquisiçãodedadosdeprocessosemexecuçãona máquinaeadisponibilizaçãoremotadestesdados. Pararealizaraaquisiçãodedados,énecessárioentenderondeecomoérealizadooprocessamentoetransmissão dedadosdentrodamáquina.amáquinaemquestãoutilizaumarededecomunicaçãoserialproprietáriadasiemens, denominadampi.essaredeinterligaosdiversoscomponentesdamáquina,comoihm(interfacehomem Máquina), teclado,cnc(comandonuméricocomputadorizado),clp(controladorlógicoprogramável),etc.osistemade aquisiçãodeve,portanto,utilizaromesmotipodecomunicação.alémdisso,eledeveaindaestarconectadoaum computadorlocalquerealizaadisponibilizaçãodosdadosparainternet.nocasodocomputadorlocal,aconexãodo tipopciéamplamenteutilizada.apartirdestasduasrestriçõesadota secomosoluçãoparaohardwaredosistemade aquisiçãodedadosaplacapcidamarcasiemens,modelocp5611. Osdadosaseremmonitoradossão:posiçãodoseixosdamáquina,velocidadedoseixosdamáquina,eimagemda áreadetrabalho.osdoisprimeirostiposdedadossãocoletadospelaplacacp5611,conectadaàredempi,jáparaa imageméinstaladajuntoàmáquinaumawebcam. AFigura3ilustraaarquiteturautilizadanosistemadeaquisiçãodedados.Atravésdaprogramaçãodamáquina CNC,atarefadeusinageméexecutada,gerandoosmovimentosdoseixosdamáquina.Esteprocessoécontroladoe monitoradopelocnc/clp,quedisponibilizaosdadosdesejadosàplacacp5611,queporsuavezosdisponibilizaao computadorlocal. Figura3.Arquiteturadosistemadeaquisição. AaquisiçãodedadosdamáquinasomenteépossívelporqueoCNCutilizaumsistemadearquiteturaaberta,que permitequeosdadosdecnceclp(atémesmodadoson line)possamseracessadoseatémodificados(esteúltimo comalgumaslimitaçõesporquestãodesegurança)porprogramasaplicativos,atravésdebibliotecasdll(dynamic LinkingLibraries).Esteprocedimentoéilustradona. Figura4.Fluxodedadosnamáquina. Osdadostransmitidosaocomputadorlocalsãodisponibilizadosremotamenteatravésdeaplicativosdedicados.O computadorlocaléchamadodeservidor,poiscontémoaplicativoquerecebeosdadosdamáquinaeenviaparaa Internet(ProgramaServidor),disponibilizando osparaqualquerlugardomundo,atravésdoservidordeinternetlocal.

4 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, Ocomputadorquerecebeosdadosremotamenteéchamadocliente,e,deacordocomaarquiteturaadotada,também deveconterumaplicativodedicado(programacliente)paraprocessamentoevisualizaçãodosdadosrecebidos.este sistemaéilustradona. Figura5.Arquiteturadosistemademonitoramentoremoto. Os dadostransmitidospelaplacacp5611devemestaremumformatoadequadoparaoprocessamentopelos programasaplicativosdosistema(programasservidorecliente).comestafinalidadeutiliza seoprotocolodde (DynamicDataExchange),queéumprotocolopadrãodetrocadedadosentreaplicaçõesWindows. ODDEéum protocolorelativamentelento,desenvolvidoparatrabalharemsistemastand alone,eposteriormentemodificadopara aplicaçõesemrede(netdde),possuindoaindavariaçõescomofastddeeadvanceddde. ParaqueosdadosdamáquinaCNCpossamserconvertidosemformatodoprotocoloDDE,énecessárioutilizar umconversornc DDE.EsteaplicativoéexecutadonoservidorjuntamentecomoProgramaServidor.Ailustraofluxo dedadosnocomputadorlocal. Figura6.Fluxodedadosnocomputadorlocal. Umavezqueosdadosdamáquinaestãodisponíveisnoformatoadequadoparaalivreutilizaçãoosmesmossão utilizadospelosprogramasservidorecliente.odesenvolvimentodestesprogramaséapresentadonapróximaseção. 3.Desenvolvimentodeaplicativodedicadoparamonitoramentoremoto Odesenvolvimentodeumaplicativodedicadoparamonitoramentoremotopodeserorganizadonasseguintes etapas: 1)Especificaçãodosrequisitos 2)Definiçãodaarquiteturadosistema 3)Familiarizaçãocomastecnologiasnecessárias 4)Elaboraçãodoaplicativo 5)ExecuçãodeTestes 3.1.Etapa1:Especificaçãodosrequisitos Estaetapaconsisteemdefinirosrecursosqueserãoincorporadosàplataformademonitoramentoremoto.Nocaso damáquinahermledoccm,sãoespecificadososseguintesrecursos: a)recursosdemanipulaçãodevídeoeimagem:osistemadevepermitirvisualizarremotamenteoprocessoatravésda transmissão da imagem captada por uma webcam via Internet. Deve ainda permitir gravar e visualizar vídeos e imagens. b) Recursosparavisualizaçãoemtemporealdevariáveisdoprocesso: visualização dovalor de uma variável do processoeconstruçãodegráficoscomevoluçãoaolongodotempo.

5 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, c) Recursos de banco de dados: criação e manipulação de tabelas de dados e gráficos referentes a processos de usinagem. d)recursosdecomunicaçãoentreusuáriolocaleremoto:implementaçãodeumambientedotipo chat,paratrocade mensagensentreousuáriodocomputadorlocaleousuáriodocomputadorremoto. 3.2.Etapa2:Definiçãodaarquiteturadosistema Baseando senaestruturadosistemaenosrecursoseequipamentosdisponíveisparaaquisiçãodedados,édefinida aarquiteturadosistemaaserimplementado.nocasodosistemademonitoramentoremotodamáquinahermle,esta arquiteturaéadescritanaseção Etapa3:Familiarizaçãocomastecnologiasnecessárias Antesdaelaboraçãodoaplicativo,érecomendávelafamiliarizaçãocomastecnologiasaseremutilizadaspara implementação dos requisitos especificados na Etapa 1. No caso do sistema aqui apresentado esta familiarização constituiu sedasseguintesatividades: Estudodaslinguagensdeprogramaçãoutilizadas(CeC++); FamiliarizaçãocomoambientededesenvolvimentoBorlandC++Builder6; Pesquisa e desenvolvimento de programas de teste referentes à captura de vídeo com uma webcam e sua transmissãopelainternet; PesquisaedesenvolvimentodeprogramasdetestesobreopadrãodecomunicaçãoDDE,utilizadopeloservidor NC DDE,paraacessoaosdadoscoletadospelaplacaCP5611; Pesquisaedesenvolvimentodeprogramasdetestesobreatransmissãodemensagensdetexto; Pesquisaedesenvolvimentodosuportenecessárioparaaimplementaçãodobancodedados.Forampesquisados diversossistemasdearmazenamentoeacessoaosdadoscomoobjetivodeencontraromaisadequadoparaofim proposto.osistemaadotadoéobde(borlanddatabaseengine)umavezqueoprogramafoidesenvolvidono próprioborlandbuilder,oquefacilitaoacessoaosdados.asinformaçõessãoarmazenadasemtabelasparadox, convenientesparaguardarosdadosemquestão,alémdefazê lodeformaordenada(importanteparaaexibiçãode vídeo).aapresentaaestruturadobancodedados. Figura7.Estruturadobancodedados. 3.4.Etapa4:Elaboraçãodoaplicativo OdesenvolvimentodoprogramafoirealizadonoambientededesenvolvimentoBorlandC++Builder6.Este ambientepossuicomovantagensafacilidadedeconstruçãodeinterfacesgráficasamigáveiseagrandedisponibilidade decomponentesprontosparaimplementaçãodediversasfuncionalidades,comoporexemploatransmissãodedados porsockets. AlémdoBorlandC++,oprojetoincluiutambémodesenvolvimentodeummóduloemVisualBasic6,responsável porrealizaracomunicaçãocomaplacacp5611edisponibilizarosdadoscoletadosviadde.aadoçãodovisualbasic édevidaàmaiordisponibilidadedefunçõesnestaplataformaparaprogramaçãonopadrãodde.destaforma,ao inicializaroaplicativosãoexecutadosinternamentedoisprogramasadicionais.oprimeiroéopróprionc DDE,que coletaosdadosdaplaca.osegundoagecomoumacamadaintermediária,sendoresponsávelpordisponibilizaros dadosdemodoaserpossívelaoaplicativoobteredisponibilizarosdadosadequadamente.essessãoenviadosao computadorremotoviasockets.paraapartedebasededadosfoiutilizadoaindaoborlanddatabasedesktop. ConformedescritonaSeção2,oaplicativoécompostopeloProgramaServidorepeloProgramaCliente. Atentandoaosquesitosflexibilidadedeusoefácilacessoàsinformaçõesdesejadas,oProgramaClienteconstitui sede umainterfaceprincipal,comovídeodoprocessodeusinagemealgumasinformaçõesacercadoprocessoobtidasda

6 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, máquina.sãotambémdisponibilizadasfunçõesparacapturadeframes,vídeoecomunicaçãopormensagemdetexto, alémdegráficosdasvariáveisdesejadas,emfunçãodotempooudeoutrosparâmetrosconfiguráveis. Janelassecundáriassãousadasparaconfiguraçãodoprogramaefornecimentodeoutrasinformações.OPrograma Servidorinclui,alémdasfuncionalidadesdoProgramaCliente,umapréviadovídeoqueserávisualizadopelocliente, implementadaporsucessivastransmissõesdequadros. A Janelas secundárias são usadas para configuração do programa e fornecimento de outras informações. O ProgramaServidorinclui,alémdasfuncionalidadesdoProgramaCliente,umapréviadovídeoqueserávisualizado pelocliente,implementadaporsucessivastransmissõesdequadros.ilustraainterfaceprincipaldoprogramaservidor,e afig.8,adocliente. Alémdainterfaceprincipalexistetambémumajaneladeopções,naqualsãoespecificadoso hardwareutilizado paraacapturadevídeoeoendereçoipdocomputadorcomoqualéfeitaacomunicação.osrecursosimplementados incluemtambémumvisualizadordefotostiradasdoprocessodeusinagem,eumvisualizadordevídeosgravados. Alémdisso,permiteconstruirgráficosdosdadoscoletados,comoporexemploevoluçãonotempodavelocidadede rotaçãodaferramenta. Figura8.InterfacedoProgramaServidor.

7 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, Figura8.InterfacedoProgramaCliente. Noqueserefereaobancodedados,oaplicativopermiteumsofisticadocontrolesobreastabelas,podendo,além demanipulaçõesconvencionais,criartabelaspersonalizadasdeacordocomasnecessidadesdecadaprocesso.esta configuraçãopodeserrealizadaacadanovoprocessodeusinagem.tambémépossívelvisualizartabelasgeradaspor outrosprogramasquesejamcompatíveiscomosistemadetabelasparadox. 3.5.Etapa5:Testes Asdiversasfuncionalidadesdoaplicativoforamtestadasinicialmentedeformaisolada.Numasegundaetapa foramrealizadostestesintegradosdosdiversosmódulosdoaplicativo. Aseqüênciadetestesrealizadosfoi: Testedovídeo:consistiunacapturadevídeodeuma webcam etransmissãodevídeopelainternet,utilizando sockets.cadaframecapturadopelacâmeraétransmitidoporumasequênciadeblocosdeinformação,que,caso nãohajaerronatransmissão,sãoreunidosnoprogramaclienteparaformaraimagem.oservidorenviaumsinala cada início de frame, para orientar o cliente na composição dos frames. Neste caso foi possível verificar o desempenho do sistema quanto a atrasos de tempo na transmissão e problemas relacionados ao bloqueio momentâneodaimagem. Testedochat:consistiunoenviodemensagensdetextoporsockets. Testedacomunicaçãoaplicativo máquina:foidivididaemdiversasetapas.inicialmentefoitestadaacomunicação doaplicativoemdesenvolvimentocomomicrosoftexcel, comoobjetivoverificarasrotinasdde.foram também analisadas as rotinas para construção de gráficos. Em seguida testou se a comunicação aplicativo NCDDE. Testedobancodedados:primeiramenteutilizou seodatabasedesktopparaconstruçãomanualdetabelasaserem lidaspeloaplicativo.emseguidatestou seacriaçãoautomáticadetabelassemodatabasedesktop.finalmente, foramfeitostestesdamanipulaçãodedados,incluindoaconstruçãodosgráficos.

8 AnaisdoXIIIENCITA2007,ITA,Outubro,01 04,2007, 4.Conclusão Este artigo discute o conceito de e manufacturing e apresenta o desenvolvimento de um aplicativo para monitoramento remoto de processos de manufatura. Além da transmissão de dados do processo, o aplicativo desenvolvidoapresentarecursosparatransmissãodevídeo,manipulaçãodebancodedadoseconstruçãodegráficos. A solução proposta pode ser utilizada para o acompanhamento remoto de experimentos assim como para finalidadesdidáticas. Oaplicativodesenvolvidoéparcialmenteindependentedatecnologiadamáquina.Enquantoqueacomunicação comamáquinacnc,nestecasorealizadapelaplacacp5611,éumasoluçãoespecíficaparaocontrolesiemens,o restantedaarquiteturaespecificadaeoaplicativodesenvolvidopodemserutilizadosemqualquersistema.nestecaso,o únicorequisitoéodesenvolvimentodoconversornc DDEparaofornecimentodosdadosnopadrãousadopelo aplicativo. Algunsdostestesdefuncionalidadesforamrealizadosexaustivamenteatéobteremêxito;astransmissõesdevídeo ededadosdamáquina ferramentaparaoaplicativopodemsercitadoscomoexemplo.quantoàslimitaçõesdoprojeto, pode secitarafaltadeumabaseteóricainicial embasededados eengenhariadesoftware,oqueaperfeiçoaria consideravelmenteoprojeto. 5.Agradecimentos Osautoresagradecemoapoiofinanceirodasseguintesentidades:FAPESP,CNPqeCAPES. 6.Referências Adamczyk,Z.,Jonczyk,D.,Kociolek,K.(2003). AnewapproachtoaCAD/CAMsystemasapartofdistributed environment,journalofmaterialsprocessingtechnology133(2003):7 12. Hao,Q.,Shen,W.,Wang,L.(2005). Towardsacooperativedistributedmanufacturingmanagementframework, ComputersinIndustry56(2005): Kimura,T.,Kanda,Y.(2005) Developmentofaremotemonitoringsystemforamanufacturingsupportsystemfor smallandmedium sizedenterprises,computerinindustry56(2005):3 12. Lee, J. (2003). E manufacturing f undamental, tools, and transformation, Robotics and Computer Integrated Manufacturing,19(2003): TIDIA KyaTera(2007).AdvancedInternetProgram,FAPESP,Brasil. 06/07). Wang,C,etal. ImplementationofremoterobotmanufacturingoverInternet.ComputersinIndustry45(2001): Wang, L., Orban, P., Cunningham, A., Lang, S. (2004) Remote real time CNC machining for web based manufacturing,roboticsandcomputer IntegratedManufacturing20(2004): Yeung,K.,Huang,J.(2003). Developmentofaremote acceslaboratory:adcmotorcontrolexperiment.computers inindustry52(2003):