CONTRIBUIÇÃO DE NOVAS TECNOLOGIAS DE INFORMÁTICA À MANUFATURA INTEGRADA POR COMPUTADOR

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1 CONTRIBUIÇÃO DE NOVAS TECNOLOGIAS DE INFORMÁTICA À MANUFATURA INTEGRADA POR COMPUTADOR Rogério Atem de Carvalho Aluno Programa Pós-Graduação Engenharia de Produção - LCENG/CCT/UENF - ratem@uenf.br Prof. do Curso de Processamento Dados/ETFC - Tel: (0247) ratem@etfcam.g12.br Helder Gomes Costa Prof. Programa Pós-Graduação Eng. de Produção - LCENG/CCT/UENF - Tel: hgc@uenf.br Prof. Escola de Engenharia - CTC/UFF - Niterói/RJ - Tel: (021) r temhgc@vm.uff.br Abstract This article presents new computer technologies which aim at integrating the various platforms of software and hardware which comprise of Computer Integrated manufacturing (CIM). The technologies specified here are Client/Server Architectures, Groupware and Java. Although the first two have appeared within the last ten years, tools which facilitate their application have appeared in the last three years. Keywords: CIM; Information Systems; Operations Management 1.Introdução A evolução da manufatura segundo reportado em Russell e Taylor III (1995) se deu em quatro etapas: artezanato, mecanização, automação e finalmente integração. A etapa atual enfoca a Manufatura Integrada por Computador (Computer Integrated Manufacturing - CIM), sugerida originalmente por Joseph Harrington em 1974 como um nível acima da simples automação. Ainda segundo Russel e Taylor III (op. cit.), o trabalho de CIM é ligar pessoas, máquinas, bancos de dados e decisões. Nos anos 80 enfocou-se a automatização do planejamento da produção; já nos anos 90 busca-se automatizar e integrar as atividades do nível de execução no chão de fábrica e nos armazéns. Jain (1991) ressalta que uma solução para toda a empresa deve integrar os dados de três níveis de sistemas computadorizados: CIM, MRP II e Sistemas de Informações Executivas. A Figura 1 ilustra uma generalização desta estratificação. SIE Planejamento CIM Figura 1 - Estratificação dos Níveris da Manufatura

2 Segundo Jain (op. cit.), uma das principais fontes de dificuldades na implementação total de CIM reside no fato de que as soluções apresentadas se baseiam apenas na conectividade e não na integração (que inclui conectividade). Ou seja, basicamente foram desenvolvidas redes que permitem a conexão dos diversos tipos de hardware (permitindo mover dados entre sistemas) sem verdadeiramente integrá-los. Isso levou à formação de ilhas de automação, que são células automatizadas e conectadas, mas não necessariamente integradas com outras células. Em um ambiente verdadeiramente integrado, uma ação programada pelo sistema de planejamento imediatamente é refletida em um terminal no chão de fábrica, enquanto que uma ação no chão de fábrica também pode determinar outras ações no nível de planejamento. Zachary e Richman (1993) afirmam que apesar das várias tecnologias que compõem CIM terem sido largamente discutidas, pouco se tem falado em relação à integração dessas diversas tecnologias. Quando se fala em CIM, está se falando em três grandes grupos: hardware, software e pessoas. O presente trabalho, propõe-se a apresentar tecnologias de informática que facilitam a integração interna nesses grupos e entre os grupos, ligando os diversos níveis de uma empresa de manufatura. Estas tecnologias são: Arquiteturas Cliente/Servidor, que facilitam a integração de software; Groupware, que facilita a integração (via computador) de pessoas e Java, que facilita a integração entre diferentes plataformas de hardware. Os tópicos selecionados para este trabalho são estreitamente ligados, se confundindo algumas vezes. O principal objetivo deste trabalho é mostrar porque estas tecnologias facilitam a integração das diversas plataformas de software e hardware e destas com os seres humanos que as operam em um ambiente CIM. Este nível de integração se situaria no mais nível de integração de sistemas, dentro da classificação sugerida por Favoretto e Bremer (1997). 2.Arquiteturas Cliente/Servidor Buscando integrar diferentes soluções de software as empresas tem seguido um movimento considerado irreversível em direção às arquiteturas Cliente/Servidor. Embora este modelo já exista há mais de dez anos, apenas nos últimos dois têm se dado maior atenção à suas premissas. Orfali (1996) afirma que esta nova revolução no mundo da engenharia de software atinge toda a indústria da computação. Isso atinge, obviamente, a Manufatura Integrada por Computador. Como o nome já diz, clientes e servidores são entidades lógicas separadas que trabalham em conjunto através de uma rede de computadores para efetuar uma determinada tarefa. Apesar deste tipo de arquitetura ter como fundação redes de computadores, representa bem mais do que computadores conectados, adicionando a rede uma série de funcionalidades. As funcionalidades comuns entre redes com arquitetura usual e redes desenvoldidas com arquitura cliente/servidor são basicamente duas: Recursos Compartilhados: Um servidor pode servir a vários clientes ao mesmo tempo e regulamentar seus acessos aos recursos compartilhados, como arquivos, impressoras e dispositivos de rede, dentre outros; Transparência de Localização: O software cliente/servidor mascara a localização dos servidores, redirecionando as requisições quando necessário;

3 As funcionalidades que arquiteturas cliente/servidor adicionam às redes são: Protocolos Assimétricos: Os clientes sempre iniciam o diálogo entre máquinas na requisição de algum serviço. Os servidores mantêm-se passivos, a espera de requisições dos clientes; Serviço: Cliente/Servidor é basicamente uma relação entre processos rodando em diferentes máquinas computadorizadas. O processo servidor é um provedor de serviços, o cliente é um consumidor de serviços; Combinação de Diferentes Plataformas: Os usuários devem poder combinar diferentes plataformas de hardware e software em um mesmo ambiente, de forma transparente ao usuário; Encapsulamento de Serviços: O servidor é um especialista; uma mensagem informa ao servidor que um serviço está sendo requerido, sendo então uma responsabilidade do servidor determinar de que maneira este serviço será provido ao cliente. Servidores podem ser atualizados ou modificados sem afetar os clientes; Escalabilidade: Sistemas cliente/servidor podem ter sua capacidade ser ampliada facilmente; Integridade: Código e dados devem ser mantidos pelo servidor, de maneira a manter a integridade do sistema. As características acima permitem que o processamento seja facilmente distribuído e integrado através de uma rede. Os diferentes sistemas de hardware e software podem então estabelecer comunicação entre si e dispor de serviços comuns. Para o projeto de sistemas cliente/servidor emprega-se Arquiteturas Multiniveladas, técnica de projeto que divide os sistemas em níveis lógicos. O sistema deve ser dividido em três níveis: Interface com o usuário, Regras de Negócio (algoritmos) e Acesso a Banco de Dados. Esta divisão é dita Arquitetura de Três Níveis, mostrada na Figura 3. Arquitetura de Três Níveis Interface Protocolo de Rede Servidor de Aplicações SQL Servidor de Banco de Dados Figura 3: Arquiteturas de Três Níveis A utilização de múltiplos níveis permite ganhos na implementação, uso e manutenção de sistemas cliente/servidor, basicamente através de três características:

4 Facilidade de customização da interface: de acordo com o tipo de usuário ou o nível de acesso que este tem ao sistema, podem ser criadas diferentes interfaces, sem afetar os algoritmos e o mecanismo de acesso a bancos de dados; Possibilidade de maior reaproveitamento dos algoritmos: a criação de um nível só de algoritmos força a parametrização e testes mais rigorosos, aumentando a portabilidade do software, permitindo sua reutilização em diferentes sistemas e transporte para outras plataformas de hardware e software; Escalabilidade do acesso a banco de dados: separando o acesso a bancos de dados das regras de negócio e da interface permite, com poucas alterações no sistema, a utilização de bases de dados armazenadas em servidores e/ou arquiteturas diferentes. Desta forma, permite-se que sem alterações significativas o sistema funcione em desktop, workgroup ou arquiteturas cliente-servidor. A montagem de sistemas utilizando-se componentes de software também facilita a manutebilidade, escalabilidade e reutilização de sistemas cliente/servidor. Esta idéia consiste, através do uso de Orientação a Objetos, em criar classes que implementem os três níveis da arquitetura, encapsulando todas as operações nas próprias classes. Desta forma, pode-se conectar objetos dessas classes em diferentes aplicativos, sem que seja necessário fazer qualquer alteração na lógica interna das classes, permitindo auto grau de reutilização. Este tipo de técnica permite a conexão dos sistemas proprietários das empresas com componentes de terceiros. 3. Groupware Narasimham et alli (1995) afirmam que muitas firmas japonesas e européias estão abordando a Manufatura Integrada por Computador sob um novo ponto de vista, ao reconhecerem que mesmo que os computadores sejam mais flexíveis que outras máquinas, pessoas são ainda mais flexíveis que computadores. Desta feita, muitas empresas que estão se movendo em direção a CIM estão levando em conta o fator humano, ao enfatizar que a integração por computador começa e termina em um operador humano. O propósito dos computadores seria então permitir às pessoas trabalharem em conjunto mais efetivamente. A tecnologia de Groupware foi criada exatamente com este enfoque. Segundo Orfalli et alli (1996), Groupware é uma coleção de tecnologias que permitem automatizar processos complexos inerentes ao trabalho cooperativo humano, sendo construído sobre cinco subsistemas principais: gerenciamento de documentação multi-mídia, correio eletrônico, conferências, scheduling e workflow. Groupware busca transformar uma empresa mudando a maneira com que as pessoas se comunicam, induzindo mudanças no processo produtivo da empresa. A ferramenta mais utilizada para implementação de groupware atualmente é o Lotus Notes, a Microsoft oferece também o Microsoft Exchange, que atende apenas parcialmente os requisitos de Groupware. O centro de Groupware é sem dúvida workflow. Esta tecnologia é especialmente interessante em ambientes com grande fluxo de papéis, como as áreas de vendas, projetos e administração das empresas. Através de workflow, é possível eliminar boa parte do fluxo de papel nestas áreas. O objetivo de workflow é fazer as informações fluirem através de uma rede de computadores pelos diversos setores da empresa independente do formato em que estão representadas, e de forma transparente ao usuário. O usuário pode acessar as informações pelo nome, sem se importar se estão em uma base de dados relacional ou em formato CAD, por exemplo. A ferramenta de groupware se encarrega de apresentar a informação no devido formato.

5 Por exemplo, o setor de vendas pode mandar através especificações de uma compra de um cliente, incluindo o prazo contratado de entrega e quantidades. Em paralelo, o setor de projetos envia para o setor de produção as especificações técnicas do produto, desde dados. Os diferentes setores tem desta forma acesso a diferentes formatos de dados: planilhas, objetos gráficos, texto simples, tabelas relacionais, entre outros. VENDAS PROJETO PLANEJAMENTO EXECUÇÃO Planilhas Eletrônicas Objetos Gráficos (CAD) Banco de Dados Relacionais Formulários Um estudo do emprego de Troca Eletrônica de Dados (TED) foi feito por Lobo et alli (1996), que apresentam benefícios como redução do fluxo de papel, redução de erros e armazenamento seguro dos dados (este aspecto se refere tanto a questão de sigilo e autenticidade como de proteção contra perda ou extravio de informações). Embora esta técnica seja uma verão simplificada de workflow, já que apenas manipula documentos em forma de texto e consultas, já mostra que é possível fazer a integração eletrônica de setores de uma empresa e desta com outras. 4. Linguagem Java como Elemento Integrador de Hardware, Software e Sistemas Embutidos Jain (1991) ressalta a necessidade de se integrar os sistemas computadorizados de planejamento da produção com os de execução, como Controladores Lógicos Programáveis e outros dispositivos que utilizam Sistemas Embutidos. Sistemas Embutidos são programas que se alojam diretamente em hardware, muito comuns em aparelhos de comunicação, aviônicos e robôs. Este sistemas são difíceis de se criar e manter, devido a estreita ligação com o hardware. Lasinger (1996) ressalta as dificuldades em testar um sistema embutido, isto porque não é possível programar diretamente no hardware e ao mesmo tempo os testes feitos no computador onde o sistema está sendo criado nunca cobrirão toda a gama de situações criadas por um ambiente de chão de fábrica. Ainda segundo Jain (op. cit.), deve-se buscar soluções que permitam a fácil integração do software com o hardware embutido e destes com redes de computadores, de forma que as informações possam fluir com facilidade pelos diversos níveis do processo de manufatura, como descrito anteriormente. Uma nova frente que está se delineando para a área de automação da manufatura (que implica o uso de sistemas embutidos) é o uso da linguagem Java, uma linguagem multiplataforma criada pela SUN MicroSystems. Não apenas pela linguagem, mas pelo fato de terem sidos criados processadores capazes de executar diretamente em hardware instruções Java. Atualmente existe toda uma família de processadores desse tipo e mais um sistema operacional, denominado JavaOS. Esta família de produtos de hardware e software foi

6 criada originalmente para operar em sistemas de comunicações como redes de computadores, telefonia celular e televisões inteligentes. Portanto, dada sua grande flexibilidade para lidar com sistemas embutidos, é natural que versões desses produtos serão criadas vizando emprego em ambiente de manufatura onde os diversos equipamentos computadorizados são interligados por uma rede. Desta forma, será possível empregar Java como lingua franca, falada por todos equipamentos, facilitando enormemente a comunicação e portanto a integração entre dispositivos computacionais embutidos e destes com sistemas de controle da produção, que por sua vez se comunicarão com maior facilidade com os sitemas de planejamento e assim sucessivamente. Isso porque como esta é uma linguagem orientada a objetos de alto nível, é possível utilizá-la na implementação de sistemas multinivelados, como mostrado anteriormente, para atender requisitos dos níveis de planejamento e gerencial. 6. Conclusões As tecnologias aqui apresentadas estão em diferentes níveis de desenvolvimento. A tecnologia Cliente/Servidor é a mais desenvolvida, com um grande número de fornecedores de software e vasta bibliografia. Groupware é uma tecnologia bastante promissora mas ainda não há muitos casos de aplicação em empresas de manufatura e ainda carece de um número maior de fornecedores de aplicativos. A linguagem Java por sua vez, embora seja a mais nova das tecnologias aqui apresentadas (surgiu comercialmente em 1995), já está bastante difundida, embora seu emprego na área de manufatura ainda seja objeto apenas de proposições. Vale acrescentar que até bem pouco tempo, não seria possível integrar verdadeiramente os diversos níveis de uma empresa de manufatura através de computadores pois a própria área de informática ainda estava buscando soluções de integração. Atualmente, com a evolução da conectividade para a integração no campo da informática, é possível estender esse benefício (da integração) à manufatura. Acredita-se que em um futuro próximo, com o uso das tecnologias aqui apresentadas e de outras tecnologias, possa-se verdadeiramente integrar os diversos sistemas que compõem a Manufatura Integrada por Computador. 7. Marcas Registradas Java e JavaOS são marcas registradas da SUN MycroSystems Incorporation Lotus Notes é marca registrada da Lotus Development Corporation Microsoft Exchange é marca registrada da Microsoft Corporation 8. Referências Bibliográficas Favaretto, F. e Bremer, C. F. : Sistematização para Implantação Integrada de Sistemas de Planejamento Fino da Produção - Gestão & Produção, pp , Jain, A. K. : Beyond MRP II: The Enterprise Soluction - Industrial Engineering, Volume 23, pp 33-36, Lasinger, E. : An Embedded C++ Application, C/C++ Users Journal, Volume 14, Number 2, pp 19-28, Lobo, E.; Valente, A.M. e Souza, D.A. : Uma Visão Geral do Sistema de Troca Eletrônica de Dados, EDI (Electronic Data Interchange) em Empresas de Transporte Rodoviário de Cargas, Anais do XVI ENEGEP, Seção Planejamento e Controle da Produção, 1996.

7 Narasimham, S.; McLeavey, D.W. e Billington, P. : Production Planning and Inventory Control, Second Edition, Prentice-Hall, Orfali, R.; Harkey D.; Edwards J. : The Essential Client/Server Survival Guide, Wiley Computer Publishing, Russell, R. S. e Taylor III, B. W. :Production and Operation Management - Focusing on Quality and Competitiveness, Prentice-Hall, Zachary, W. B. e Richman, E. : Building an Operations Management Foundation That Will Last: TQM, JIT and CIM, Industrial Engineering, Volume 25, pp 39-43, 1993.