A transmissão de dados sem fio aplicada à coleta de dados no chão-defábrica

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1 A transmissão de dados sem fio aplicada à coleta de dados no chão-defábrica Marcelo Giroto Rebelato (PUCPR) Gerson Lidak (PUCPR) Resumo A forte competitividade existente no setor produtivo nacional tem impulsionado as empresas a se aprimorarem tecnologicamente com vistas a se diferenciarem dos seus concorrentes. Neste contexto, a utilização de dispositivos para coleta de dados produtivos através de interfaces de transmissão de dados por radiofreqüência e infravermelho encontra-se em franca expansão nas mais diversas linhas de produção e montagem, dada a sua maior confiabilidade, exatidão e mobilidade, quando comparados com sistemas manuais ou por conexão com cabos. A acuracidade dos dados coletados junto aos processos produtivos possui extrema relevância para os setores administrativos, palco das decisões a serem tomadas. Focando a alta empregabilidade das tecnologias de acesso sem fio, este artigo aborda alternativas de baixo custo para coleta e disposição de dados sobre a qualidade dos processos produtivos, descrevendo a sua aplicabilidade na fabricação de placas eletrônicas por meio da tecnologia de montagem em superfície. Palavras-Chave: Monitoramento do processo, Transmissão de dados wireless, coleta de dados no chão-de-fábrica. 1. Introdução Nos dias atuais, as empresas de manufatura que atuam em mesmo segmento de negócio, fabricando produtos similares e concorrentes, comumente empregam plataformas tecnológicas muito parecidas ou mesmo idênticas. A facilidade de comunicação e intercâmbio de informações hoje presentes nos mercados globalizados aliadas à prática do benchmarking e, ao mesmo tempo, a aversão das empresas ao risco, trouxe como resultado o isomorfismo tecnológico, ou seja, a institucionalização de padrões de fabricação e práticas de gestão comuns, configurando uma espécie de normalização institucional (REBELATO, 2000). Este é um processo inserido num viés institucional de amplitude global: a tendência de similarização entre as organizações pela adoção sistemática de modelos de produção comuns e práticas gerenciais idênticas ou similares, tidas como legítimas (ZILBOVICIUS, 1997). Este isomorfismo tecnológico, que leva a um equilíbrio entre empresas concorrentes no que tange à tecnologia de fabricação, torna mais dramática a disputa pelo mercado. Como resultado, os fabricantes têm descoberto que para se desprenderem da concorrência, devem exercer a criatividade no chão-de-fábrica, ou seja, fugir das soluções prontas e evitar continuar no ciclo vicioso da cópia tecnológica. No contexto da manufatura flexível, em que as decisões devem ser prontamente tomadas, os avanços da tecnologia da informação e da automação têm se mostrado cruciais para o incremento da qualidade e da produtividade. Níveis mais altos de confiabilidade, agilidade e eficácia na comunicação de dados entre o processo produtivo e os tomadores de decisão 1

2 podem ser obtidos por meio de sistemas desenvolvidos localmente, com mão-de-obra própria e investimentos relativamente baixos em equipamentos (LIDAK, 2005). O monitoramento da eficiência e eficácia dos processos de fabricação é um dos pontos centrais nesta empreitada. Segundo Caetano (1999), um monitoramento de dados que forneça informações de forma rápida e confiável pode ser um grande diferencial para manter a competitividade das empresas, uma vez que a qualidade das informações coletadas influenciará no histórico de dados de produção, bem como nas decisões futuras. O monitoramento do desempenho dos processos produtivos a partir de apontamentos manuais é sujeito a erros ocasionados pela fadiga visual e pela falta de atenção dos colaboradores. Além disso, como normalmente são operadores multifuncionais, há a impossibilidade de estarem permanentemente ao lado de todas as das máquinas para a coleta de dados. Por outro lado, as soluções tecnológicas ofertadas pelos fabricantes de equipamentos para a coleta de dados automatizada apresentam custos consideráveis. É uma realidade que exige das empresas manufatureiras e de seus engenheiros criatividade no tocante à automação da coleta de dados. O objetivo deste trabalho é apresentar os benefícios da utilização da tecnologia de transmissão de dados sem fio (wireless) para o monitoramento do processo produtivo, demonstrando sua aplicabilidade na fabricação de placas eletrônicas por meio da tecnologia de montagem em superfície (Surface Mount Technology - SMT). Propõe-se a coleta dos dados de produção pelo emprego de dispositivos de comunicação em rede alternativos e de baixo custo, em substituição à aquisição de dados manuais. 2. A coleta de dados da produção O progresso da informática associado às telecomunicações propiciou o desenvolvimento de soluções que modificaram as formas tradicionais de coleta e apresentação de dados. Uma das tecnologias atualmente disponíveis no mercado para a aquisição de dados do processo produtivo baseia-se em coletores de dados que utilizam recursos de transmissão de informações por meio da radiofreqüência ou luz infravermelha. Após serem coletados, os dados são enviados para bancos de dados que compõem os sistemas de controle da produção. Geralmente, essas soluções prontas para a coleta de dados dos processos (equipamentos ofertados pelo mercado) demandam a aquisição de dispositivos exclusivos, dedicados, com características e configurações especiais para a coleta e o compartilhamento dos dados. Ao optar por uma solução desse tipo, a empresa terá poucas opções, pois são poucos os fabricantes e adotará equipamentos proprietários, em geral, de elevado custo. É possível, contudo, alcançar ótimos resultados na coleta e disposição de dados utilizando tecnologias de baixo custo tais como as redes locais, computadores de mão (handheld computers) ou mesmo microcomputadores retirados do uso pela obsolescência ou de baixa utilização na empresa. Uma vez que se tenham disponíveis os dados do processo, é necessário compartilhá-los e apresentá-los de maneira clara e eficiente. Uma das formas já bastante utilizada para o compartilhamento de informações se dá através de redes locais LAN (Local Area Network), utilizando PC comuns posicionados em pontos de fácil acesso por toda área de manufatura e interconectados através de cabo metálico ou fibra ótica. No entanto, o alto custo de manutenção das estruturas de cabos e conexões das LANS e a necessidade de mobilidade no chão-de-fábrica sem que se perca o acesso às informações compartilhadas, faz com que dispositivos mais compactos tais como PDAs (Personal Digital Assistents) associados à tecnologia de redes sem fio WLAN (Wireless Local Area Network), consolidem-se como uma solução mais interessante. 3. A coleta de dados da produção utilizando PDAs 2

3 Os PDAs são microcomputadores compactos que podem executar diversos programas tais como planilhas, editores de texto, programas de banco de dados e navegadores de internet em diferentes sistemas operacionais. Estes equipamentos podem fazer conexões à distância a redes de computadores, coletando, transferindo e dispondo informações. Entre as vantagens destes equipamentos, destacam-se: a) A tecnologia wireless (sem fio) para acesso a redes de comunicação; b) A facilidade para manuseio, utilização e transporte; c) A capacidade de execução local de aplicativos; d) A disponibilidade de acessórios disponíveis como leitores de código de barras, interface para acesso a redes locais, etc.; e) A disponibilidade de bibliotecas para acesso a banco de dados comerciais (MS-SQLServer, Oracle). Existem bibliotecas específicas para a programação destes equipamentos através de linguagens de programação tais como o Basic, C, C++, dentre outras, facilitando a criação e a adaptação de aplicativos. Diferente da maior parte dos coletores e leitores óticos de códigos de barras, um grande diferencial para estes dispositivos encontra-se na capacidade local de execução de programas. Pode-se, deste modo, programá-los com diversos aplicativos pertinentes às diversas etapas de produção. No chão-de-fábrica, pode ser vantajoso prover os responsáveis pelo processo produtivo com dispositivos como estes para que possam coletar dados, sendo permanentemente informados sobre o andamento da produção. Além disso, os PDAs podem substituir coletores de dados industriais de alto custo. 4. Disponibilizando dados de produção através de rede sem fio (WLAN) Conforme mencionado, uma das formas para que um computador tenha acesso a dados corporativos de forma compartilhada é através de uma rede de computadores. A conexão a uma rede de computadores permite que os dados possam ser consultados e transferidos em tempo real por diversos usuários. Este é um grande benefício, pois na medida em que os dados do processo vão sendo coletados podem ser transferidos e consultados de forma imediata. Existem duas maneiras para realizar o acesso aos dados corporativos: a) Acesso a dados do servidor através de estruturas de rede cabeada. Nesta configuração, os microcomputadores e o servidor são interligados por meio de um dispositivo (HUB ou roteador) que recebe dados vindos de um computador e os transmite aos outros; b) Acesso a dados do servidor através de redes sem fio. Aqui, a transmissão e recepção de dados são feitas por meio de ondas eletromagnéticas moduladas digitalmente em alta freqüência. Um equipamento denominado access point (ponto de acesso) identifica qual computador está tentando acessar dados do servidor e estabelece a comunicação. O acesso aos dados através de redes locais sem fio é vantajoso dado a sua alta flexibilidade, que advém da inexistência de cabos para a conexão dos vários dispositivos à rede. Em comparação às redes cabeadas, a economia com projeto, instalação, manutenção e materiais é expressiva. Um outro fator motivador ao uso da WLAN é a capacidade de utilizar equipamentos facilmente encontrados nas empresas, tais como notebooks, evitando custos com novas aquisições. Prevendo um avanço na utilização da tecnologia wireless, o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) constituiu um grupo com a finalidade de criar padrões para redes sem fio, criando o padrão denominado IEEE Este padrão permite o suporte a diversos 3

4 canais, a sobreposição de diversas redes na mesma área de canal, apresentando robustez com relação à interferência, oferecendo privacidade e controle de acesso ao meio (TARÁBOLA e SANTOS, 2006). Para que um dispositivo possa conectar-se a uma rede sem fio é necessário que possua uma interface de rede adequada. Os componentes básicos para uma rede sem fio padrão encontram-se abaixo relacionados (COMPAQ, 2006): a) Cartões de interface de rede padrão PCMCIA (figura 1) - são interfaces que capacitam computadores portáteis a participarem de uma rede sem fio. A antena para a transmissão de dados está localizada (embutida) na parte superior do dispositivo. Comportam-se como uma interface de rede Ethernet convencional; b) Cartões de interface de rede padrão PCI/ISA (figura 2) possibilitam o acesso de microcomputadores convencionais a redes sem fio. Esta interface permite que o microcomputador da rede móvel tenha acesso aos recursos dos microcomputadores da rede fixa. Uma pequena antena está localizada lateralmente; c) Cartões de interface de rede para PDAs (figura 3) são dispositivos que capacitam os PDAs ( palmtops ) a acessar os recursos da rede corporativa. Os modems sem fio, embutidos, são a nova tendência para os fabricantes de PDAs; d) Ponto de acesso (access point) - dispositivo que atua como uma ponte para transmissão e recepção de dados entre a rede cabeada ethernet e os usuários wireless (figura 4). Figura 1: Interface de rede PCMCIA Figura 2: Interface de rede padrão PCI/ISA Figura 3: Interface de rede para PDA Figura 4: Wireless Access Point 5. A manufatura de placas eletrônicas por meio da tecnologia de montagem em superfície (SMT) 4

5 A classificação dos sistemas de produção pode se dar segundo o grau de padronização dos produtos e o tipo de operações a que estes são submetidos. A produção de placas eletrônicas caracteriza-se pela produção de produtos padronizados em larga escala, pela fabricação em lotes e pela flexibilidade para o atendimento de necessidades específicas dos clientes. Devido à grande variedade de produtos, é necessária uma alta capacidade de adaptação do meio produtivo, exigindo-se eficácia na coleta de dados e no monitoramento das etapas de produção. Uma meta comum para os fabricantes nesta área é a diminuição de defeitos de produção das placas eletrônicas, uma vez que os defeitos trazem um impacto direto nos custos internos de produção, em custos de retrabalho, prazos de entregas e na conseqüente insatisfação do cliente (TUBINO, 2000). A tecnologia de montagem em superfície (SMT) surgiu como resposta à crescente demanda por equipamentos eletrônicos compactos em aplicações extremamente diversas. As máquinas utilizadas na manufatura SMT possuem alto grau de precisão e são gerenciadas por softwares específicos que informam a seqüência de montagem, o tipo e a posição de cada componente a ser posicionado sobre a placa de circuito impressa (PCI). As máquinas SMT trabalham somente com componentes eletrônicos miniatura conhecidos como componentes SMD (Surface Mounted Device) (BROCHONSKI, 1999). Os componentes SMD permitem a redução das dimensões das trilhas elétricas sobre as PCIs contribuindo para o adensamento do circuito eletrônico. Eles dissipam pouco calor, adaptamse a técnicas de montagem grande desempenho e reduzem a necessidade de intervenção humana durante a manufatura. Além disso, a ausência de terminais metálicos diminui o índice de falhas por impacto ou vibração. Os componentes SMD apresentam indutâncias parasitas e capacitivas insignificantes, trazendo benefícios aos projetos que envolvem rádio freqüência, e reduzem os custos operacionais de fabricação (ELBEST, 2006). A manufatura SMT requer precisão nas etapas de preparação (set-up). Nesta etapa, os componentes SMD são fixados nas máquinas de montagem. O set-up de máquina é um processo demorado, quando comparado ao processo de montagem das PCIs e obviamente, não pode haver erros (falta do componente ou troca por outro) na colocação dos componentes. Outros problemas de montagem como falta ou excesso de solda, componentes invertidos, componentes danificados, desalinhados, etc., são comuns neste ambiente de fabricação (figuras 5 e 6). A integridade do processo de montagem SMD depende da eliminação da incidência dessas falhas, tornando essencial a utilização de meios robustos para o monitoramento do processo. Figura 5: Falta de componente Figura 6: Erros de montagem 5

6 Desse modo, a coleta de dados no ambiente de manufatura SMT por meio de PDAs pode ser útil na medida em que possibilita: a) Coletar dados de qualidade dos processos; b) Monitorar continuamente o progresso das montagens; c) Compartilhar informações coletadas no ambiente fabril através da interoperabilidade entre PDAs e os sistemas de gestão de produção; d) Utilizar PDAs para acessar outros dados relevantes da intranet corporativa; e) Consultar informações de produção ainda que os planejadores estejam em reunião ou até mesmo distantes do setor produtivo. Os planejadores da produção, conforme o tipo de notificação recebida nos PDAs poderão intervir no processo produtivo tendo em mente a ação a ser tomada, dada a criticidade da falha ocorrida. O monitoramento com PDAs possibilita um alto grau de compartilhamento de informações entre as áreas de Planejamento e Controle da Produção (PCP) e o meio fabril. Na medida em que dados do processo produtivo são coletados e acompanhados em tempo real, há a tendência de atingir-se uma melhor estabilidade dos processos. 6. Implementando PDAs conectados à rede telefônica Como sugestões adicionais, destaca-se a utilização de interfaces ( cartões ) apropriadas para utilização dos serviços das operadoras de telefonia (convencional) provendo acesso remoto de longa distância aos PDAs. Uma outra forma de utilização com um custo de manutenção maior que a sugestão acima, porém, com maior flexibilidade e conforto para o usuário, prevê o acesso remoto por meio de da conexão de PDAs a telefones celulares comuns. Redes de transmissão de dados wireless para grandes áreas, como cidades e estados estão sendo atualmente disponibilizadas pelas operadoras de telefonia. Este tipo de conexão, já utilizada há algum tempo em vários países europeus, EUA e Japão, entre outros, completa uma variada gama de opções para acesso e transmissão de dados. Esta funcionalidade permite, por exemplo, com que funcionários de manutenção especialistas em determinado equipamento monitorem a máquina remotamente. Para a empresa é uma economia por não precisar contratar vários funcionários na função para que fiquem de plantão permanente durante os turnos produtivos. Programadores, planejadores da produção e gerentes, quando fora das instalações da fábrica, também podem ser notificados do status da produção, monitorando os processos produtivos, mesmo quando muito distantes da área de fabricação. 7. Conclusões Uma vez que as empresas de manufatura continuamente são desafiadas a propor novas soluções de melhoria na gestão da produção, este artigo propôs exemplos de aplicações da tecnologia wireless em situações reais da indústria em geral e com foco especial na indústria eletrônica. O escopo do trabalho recai sobre formas alternativas de automação para coleta e 6

7 monitoramento de dados no chão-de-fábrica, minimizando os custos de investimentos em equipamentos, adequando a tecnologia às necessidades específicas dos fabricantes e fundamentando melhor a discussão para futuras soluções que sejam baseadas na tecnologia wireless. A maioria dos sistemas de informação voltados à indústria disponibilizados atualmente para a venda no mercado exige alto investimento para a sua aquisição e mesmo assim, freqüentemente, não atende adequadamente as necessidades dos clientes, exigindo adaptações, com resultados geralmente aquém do esperado. Isso faz com que muitas empresas prefiram desenvolvê-los internamente, o que torna essencial para o meio produtivo a capacidade de projetar e implementar soluções caseiras, porém, com desempenho possivelmente muito superior à soluções prontas do mercado. O Sistema Toyota de Produção (STP) tem suas bases definidas sobre a automação, sobre a produção apenas na quantidade necessária, quando necessário e na qualidade exigida, sobre a flexibilidade, a eliminação do desperdício e a responsabilidade do operário pelo que está sendo produzido (SHINGO, 1989). Portanto, o STP, como um paradigma de produção, aponta o caminho das soluções. A utilização de dispositivos de informática associados aos equipamentos de telecomunicações alavanca uma nova proposta para automação e coleta de dados. É a comunicação sem fio que está conquistando novos segmentos de mercado, trazendo inovações tecnológicas e gerando oportunidades de negócios. A qualidade reduz o custo e aumenta a confiabilidade. Indubitavelmente, a utilização de dispositivos wireless na área de fabricação agrega um diferencial competitivo às empresas de manufatura. Para Juran (2000), o sucesso do correto monitoramento das etapas de produção fortalece a qualidade real, mensurável, e a imagem pertinente à qualidade dos produtos, pois não há como desassociar a imagem de um produto da qualidade com que foi produzido. Na manufatura SMT, particularmente, o monitoramento dos processos por meio de PDAs apresenta grande potencial de implementação pois é uma solução de relativo baixo custo, apresenta capacidade de compartilhamento com outros sistemas, flexibilidade em mudanças de layout na área de fabricação e extrema mobilidade durante o manuseio. Oferece também possibilidade de apresentação dos dados de montagem no dispositivo móvel, de modo que informações úteis tais como a identificação do componente, posição do alimentador na máquina SMT, ângulo de fixação, tipo de alimentador, entre outras, podem ser acessadas remotamente. Esta solução pode ainda ser explorada pela associação com um sistema de gestão da manutenção e com o monitoramento da mão-de-obra, gerando relatórios e gráficos para avaliar o desempenho dos grupos de preparação. Referências BROCHONSKI, P. C. Sistema para programação da produção com capacidade finita em máquinas SMT. Curitiba, p. Dissertação (Mestrado em Informática). Programa de Pós-Graduação em Informática Aplicada, Pontifícia Universidade Católica do Paraná. CAETANO, A. G. L. S.; MEIRELES, G. S. C.; OLIVEIRA, J. F. G.; LEÃO E SOUZA, G. W. Informações de chão de fábrica num ambiente de manufatura integrada. Congresso e Exposição Internacional da Tecnologia da Mobilidade, SAE Brasil, COMPAQ. Rede sem fio. Disponível em: Acessado em fev ELBEST, R. Componentes SMD - Tecnologia de montagem de componentes em superfície. Disponível em Acessado em: Fevereiro, JURAN, J. M. Juran`s Quality Handbook. 5. Ed. New York: McGraw-Hill,

8 LIDAK, G. Controle de qualidade e a redução do tempo de set-up em linhas de montagem SMT. Curitiba, p. Dissertação(Mestrado) Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas, Pontifícia Universidade Católica do Paraná. REBELATO, M. G. A fragilidade da racionalidade instrumental na administração: um ensaio compreensivo. São Carlos, p. Tese(Doutorado) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, EESC, Universidade de São Paulo. SHINGO, S. A Study of the Toyota Production System from an Industrial Engineering Viewpoint. Portland, Oregon: Productivity Press, TARÁBOLA, D. S.; SANTOS D. O. Universidade Presbiteriana Mackenzie - Ciência da Computação - Segurança em Redes sem Fio - Wireless Security. Disponível em Acessado em abril, TUBINO, D. F. Manual de planejamento e controle da produção. Editora Atlas, São Paulo, ZILBOVICIUS, M. Modelos para a produção, produção de modelos: contribuição à analise da gênese, lógica e difusão do modelo japonês. São Paulo, p. Tese(Doutorado) Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 8

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