PMR3507 Fábrica digital

LSA Laboratório de Sistemas de Automação www.pmrlsa.poli.usp.br PMR3507 Fábrica digital Indústria 4.0 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos Av. Prof. Mello Moraes, 2231 05508-030 - São Paulo - SP - Brasil

Recapitulando... Evolução tecnológica 1º Revolução industrial 2ª Revolução industrial 3ª Revolução industrial E nos últimos 20 anos ou menos... Fábrica digital Digital Twin Cyber Physical Systems (CPS) Internet of Things (IoT) Empresas virtuais Service Oriented Architecture (SOA) Cloud computing Big data & analytics

Como surgiu? 2011, Alemanha, na Feira de Hannover Nasceu de uma iniciativa estratégica de aplicação de alta tecnologia liderada pelo ministério federal alemão de educação e pesquisa como parte de um plano de ação para elevar a automatização dos sistemas produtivos Governo alemão financia o projeto Plataforma para a Indústria 4.0 Propósito de desenvolver recomendações que sejam disponíveis em uma estrutura consistente e confiável para todas as partes interessadas universidades, empresas, centros de pesquisa, etc.

Iniciativas similares Estados Unidos IIC (Industrial Internet Consortium) França AIF (Alliance Industrie du Futur) Japão RRI (Robot Revolution Initiative) China MIC2025 (Made in China 2025)

Algumas definições... Indústria 4.0 pode ser entendida como a implementação da fábrica inteligente (smart factory) Centrada na manufatura baseada em serviços e processos inteligentes Inovar os processos produtivos Atender as flutuações das demandas Permitir oferta de produtos personalizados Da produção em massa para a personalização ( customização ) em massa Esperado que máquinas e produtos se comuniquem por meio de CPS e IoT CPS permite a integração do físico com o virtual (digital) IoT permite o rastreamento e monitoração das coisas, virtuais ou físicas

Algumas definições... Indústria 4.0 pode ser entendida como a implementação da fábrica inteligente (smart factory) Pessoas, máquinas, matérias primas e produtos acabados devem se comunicar entre si, assim como pessoas se comunicam em uma rede social

Algumas definições... A Indústria 4.0 é vista como uma entidade que usa recursos baseados em IoT e CPS e em serviços digitais, amparada por uma infraestrutura baseada em computação em nuvem, para a comunicação entre os recursos presentes no que é chamado de fábrica inteligente, de modo a atender as demandas e exigências dos consumidores de forma individual e personalizada

Algumas características... Informações sobre... Projetos Arquiteturas Protótipos Testes Estoques Manuais de equipamentos e produtos Normas Manutenções Descartes Arquivadas em formato digital Consultadas e compartilhadas pelas partes interessadas em qualquer lugar e a qualquer momento

Algumas características... Produtos possuem identificadores exclusivos Chave para a localização de suas próprias informações, tais como características, destino e lista de operações a serem realizadas Permite monitoração e controle de forma autônoma durante os processos de manufatura Capacidade de serem monitorados e rastreados, oferecendo informações desde o processo produtivo até o pós-venda

Algumas características... Fabricantes de ferramentas e máquinas Necessidade de compatibilizar a comunicação de máquinas e produtos Máquinas devem processar operações de acordo com os requisitos dos produtos com a mínima intervenção humana Princípios de projeto a serem seguidos Interoperabilidade Digitalização Descentralização Coleta e análise de dados em tempo real Orientação a serviços Modularidade

Algumas características... Todas as coisas (equipamentos, ferramentas, produtos, etc.) envolvidos no processo produtivo estão aptos a realizar comunicação e troca de informações entre si, seja de forma ativa ou passiva As empresas estabelecem redes globais por meio das quais usufruem de maior colaboração por intermédio da integração de maquinários, sistemas de estoque e instalações produtivas, assim como pelo compartilhamento dos aspectos intelectuais envolvidos no setor industrial, tais como conhecimentos, competências e habilidades

Algumas características...

Desafios Segurança (dados e informações) Confiabilidade Desempenho dos sistemas de comunicação Forma de identificar e localizar os recursos Controle e monitoração remotos Promova integração vertical na empresa Promova integração horizontal entre empresas

Desafios Integração vertical

Desafios Integração horizontal

RAMI 4.0 Reference Architecture Model for Industry 4.0 É uma adaptação é expansão do SGAM (Smart Grid Architecture Model) Facilita o projeto e implementação de sistemas para a Indústria 4.0 Utiliza soluções não proprietárias Permite que as indústrias possam acompanhar a transição dos sistemas legados para sistemas como foco na Indústria 4.0

RAMI 4.0 Concebido a partir de normas vigentes do setor produtivo visando concentrar diferentes especificações em um único modelo tridimensional para atender integração vertical e integração horizontal ISO/IEC 62264 Enterprise-control system integration IEC62541 OPC Unified Architecture IEC61512 Batch control Part 1 Models and terminology IEC62890 Life-cycle status

RAMI 4.0

RAMI 4.0 Ciclo de vida

RAMI 4.0 Ciclo de vida Representa o ciclo de vida de entidades (peças, produtos, instalações físicas, indústrias) Processos e custos de pesquisa e desenvolvimento Processo de vendas e atualizações constantes Processo de descarte Informações de identificação do produto e da fase de produção do produto (fábrica, processo, validade) e lote acompanham o produto e são utilizados como identificadores durante toda a sua interação com a fábrica

RAMI 4.0 Ciclo de vida

RAMI 4.0 Camadas

RAMI 4.0 Camadas Utilizado para descrever a composição de máquinas e entidades físicas de tal forma que possam ser mapeadas para suas respectivas representações virtuais Ativo técnico Representa o mundo físico, real Ex. sensores, atuadores, peças, máquinas, documentos, pessoas Disponibiliza uma conexão passiva (QR Code)/ativa (RFID) com a camada superior (Integração)

RAMI 4.0 Camadas Integração Realiza o mapeamento do sistema físico para o virtual Fornece informações dos ativos de forma que possam ser processados computacionalmente Controle auxiliado por computador Geração de eventos dos ativos Contém os elementos conectados a recursos de TIC (Tecnologia da Informação e Comunicação), tais como leitores de RFID, sensores, interface homemmáquina (IHM) A interação com seres humanos é possível via IHM

RAMI 4.0 Camadas Comunicação Realiza a ponte entre a camada inferior (Integração) e a superior (Informação) Padronização / normalização da comunicação utilizando formatos de dados uniformes Fornece serviços para o controle da camada inferior (Integração)

RAMI 4.0 Camadas Informação Descrição formal de regras Pré-processamento dos eventos provenientes da camada de Integração Executa regras associadas aos eventos Pode gerar novos eventos que são passados para a camada superior (Funcional) Persistência dos dados que representam o modelo Garante e integridade dos dados Integração (consistente) de diferentes dados Obtém dados de qualidade superior (dados, informações, conhecimento) Disponibilização de dados

RAMI 4.0 Camadas Funcional Descreve formalmente as funções Viabiliza a integração horizontal de várias funções Viabiliza o acesso remoto Ambiente para modelagem e execução de serviços de apoio à camada superior (Negócios) Ambiente para a execução de aplicações e funcionalidades técnicas Regras e lógicas para a tomada de decisão são geradas nesta camada Sistemas como os ERPs estão nesta camada

RAMI 4.0 Camadas Negócios Assegurar a integridades das funções na cadeia de valor Definir / assegurar as condições jurídicas e regulatórias Definição e realização das regras e processos de negócio Modelagem das regras que o sistema deve seguir Orquestração de serviços da camada inferior (Funcional) Conexão entre diferentes processos de negócio

RAMI 4.0 Camadas

RAMI 4.0 Níveis hierárquicos

RAMI 4.0 Níveis hierárquicos Concebido para cobrir todos os setores possíveis, e considerando os processos industriais, a automação e a gestão da indústria Descreve a classificação funcional de cada elemento da Indústria 4.0 Para a Indústria 4.0, não apenas os dispositivos de controle são decisivos, mas também as máquinas e os sistemas; por isso é considerada a camada Dispositivos de campo Não apenas a fábrica e os equipamentos são importantes, para a Indústria 4.0 o produto também é; desta forma foi inserida a camada Produto A Indústria 4.0 trata um grupo de fábricas; desta forma considera a camada Mundo conectado

RAMI 4.0 Níveis hierárquicos