Marcos Rogério Petrilli

FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI CIMATEC PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GESTÃO E TECNOLOGIA INDUSTRIAL CURSO DE GESTÃO E TECNOLOGIA INDUSTRIAL Marcos Rogério Petrilli INTEGRAÇÃO DA TECNOLOGIA DE IDENTIFICAÇÃO RFID EM UM SISTEMA DE MANUFATURA FLEXÍVEL COM O AUXÍLIO DE SIMULAÇÃO DISCRETA: APLICAÇÃO EM UMA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA Salvador 2011

Marcos Rogério Petrilli INTEGRAÇÃO DA TECNOLOGIA DE IDENTIFICAÇÃO RFID EM UM SISTEMA DE MANUFATURA FLEXÍVEL COM O AUXÍLIO DE SIMULAÇÃO DISCRETA: APLICAÇÃO EM UMA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA Trabalho apresentado para exame de qualificação como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Gestão e Tecnologia Industrial, Faculdade de Tecnologia SENAI CIMATEC. Orientador: Prof. Dr. Xisto Lucas Travassos Jr. Salvador 2011

Marcos Rogério Petrilli INTEGRAÇÃO DA TECNOLOGIA DE IDENTIFICAÇÃO RFID EM UM SISTEMA DE MANUFATURA FLEXÍVEL COM O AUXÍLIO DE SIMULAÇÃO DISCRETA: APLICAÇÃO EM UMA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA Este Trabalho de Graduação foi julgado adequado para a obtenção do grau de Mestre e aprovado em sua forma final pela Comissão Examinadora e pelo Colegiado do Curso de Pós- Graduação em Gestão e Tecnologia Industrial da Faculdade SENAI CIMATEC. Aprovado em de de. Prof. Dr. Xisto Lucas Travassos Júnior Coordenador do Colegiado do Curso de Mestrado em Gestão e Tecnologia Industrial Banca Examinadora: Prof. Dr. Xisto Lucas Travassos Júnior SENAI - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia Profa. Dra. Emilia Villani Instituto Tecnológico de Aeronáutica Prof. Dr. Robson da Silva Magalhães SENAI - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia Prof. Dr. Francisco Uchoa Passos SENAI - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia

Aos meus pais, Milton e Lucila, que sempre acreditaram em mim. A minha esposa Célia e minhas filhas Jessica e Bianca pela compreensão aos momentos de ausência familiar para concretização deste trabalho.

AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu orientador Xisto Lucas Travassos Junior pelas orientações, pelo profissionalismo, conselhos e disponibilidade em buscar recursos para a concretização deste trabalho. Ao professor Francisco Uchôa e demais professores que direta ou indiretamente contribuíram para este trabalho. Aos colegas de aula, de trabalho e a minha supervisão pelo incentivo e reconhecimento do esforço empregado. Salvador, 7 de Fevereiro de 2011 Marcos Rogério Petrilli

RESUMO A globalização está aumentando o nível de competitividade entre empresas de um mesmo setor e exigindo que estas adotem sistemas de manufatura mais eficientes. Os custos de produção, qualidade e principalmente a flexibilidade do sistema em respostas às mudanças de mercado são os fatores que requerem maior controle. O gerenciamento do sistema de manufatura por meio do monitoramento de seus processos produtivos é fundamental para este controle e para a identificação de pontos a serem melhorados neste sistema. Em particular, para o caso de linhas de produção longas e complexas, o gerenciamento e o controle do sistema flexível de manufatura dependem diretamente da identificação de seus produtos, desde sua entrada na linha de produção até a finalização do produto. Este é o caso, por exemplo, da indústria automobilística. Com objetivo de melhorar sua produtividade, empresas têm considerado como possível opção para identificação dos produtos a tecnologia RFID (Radio Frequency Identification), uma tecnologia de identificação por radiofrequência. Neste contexto, a proposta desta dissertação é a sistematização de uma abordagem baseada em simulação dirigida a eventos discretos para auxílio à tomada de decisão na incorporação da tecnologia de identificação RFID em um sistema flexível de manufatura. Um estudo de caso de uma indústria automobilística é apresentado para ilustrar a aplicação da abordagem proposta. Por meio de simulação, busca-se estimar o ganho em produtividade resultante da incorporação da tecnologia RFID quando comparada com o sistema de identificação atualmente implantado. Palavras-chave: RFID; Sistemas de Manufatura Flexível; Modelagem; Simulação de Eventos Discretos.

ABSTRACT Globalization is increasing the level of competition between companies within the same sector and requiring them to adopt more efficient manufacturing systems. Production costs, quality and especially the system s flexibility in responding to market changes are the factors that require greater control. The management of a manufacturing system by monitoring their production processes is the key to control and to identify points to be improved in this system. In particular, in case of long and complex production lines management and control of flexible manufacturing system directly depend on the identification of their products, since its entry into the production system until the end of process. The automotive industry is an example of this kind of product process. Aiming to improve their productivity, companies have considered a possible option for product identification technology called RFID (Radio Frequency Identification). In this context, the purpose of this dissertation is to systematize an approach based on discrete events simulation to aid decision making in incorporating RFID in a flexible manufacturing system. The methodology implemented in this work is applied for the automotive industry. It is estimated through simulation the gain in productivity resulting from the incorporation of RFID when compared with identification system currently deployed. Keywords: RFID; Flexible Manufacturing Systems, Modeling, Discrete Event Simulation.

LISTA DE SIGLAS %B - Percent Process Blocked (Percentual do Processo Bloqueado); %D - Percent Process Delay (Percentual do Processo Atrasado); %S - Percent Process Starved (Percentual do Processo com Falta de Peças); 2D - Bidimensional; AD - Anderson Darling (Teste de aderência); AM - Amplitude Modulation (Modulação em Amplitude); ANSI - American National Standard Institute; AOT - Actual Operating Time (Tempo Real de Operação); ASK - Amplitude Shift Keying (Modulação por Chaveamento de Amplitude); CARIN - Car Identification Number (Número de Identificação do Carro); CCD - Charge Coupled Device (Dispositivo de Carga Acoplada); CL - Constrain Level (Nível de Restrição); CLP - Controlador Lógico Programável; CT - Cycle Time (Tempo de Ciclo); DMAIC - Definir, Medir, Analisar, Melhorar e Controlar; DPMO - Defeitos Por Milhões de Operações; EAN - European Article Number; EAN.UCC - European Article Number Uniforme Code Council; EPC Global - Global Electronic Product Code; EPC Network - Redes de dados para EPC;

ERP - Enterprise Resource Planning; FDX - Full Duplex; FSK - Frequency Shift Keying (Modulação por Chaveamento de Frequência); GE - General Electric; GR - Gross Rate (Taxa de produção projetada); GS1 - Global Standard 1; GTIN - Global Trade Item Number; HDX - Half Duplex; HF - High Frequency; ID - Identificador; IFF - Identification Friend or Foe; ILVS - In Line Vehicle Sequencing; JPW - Jobs Per Week; LF - Low Frequency; LPC - Linked Process Capability; MAIC - Medir, Analisar, Melhorar e Controlar; MES - Manufacturing Execution System (Sistema de Execução de Manufatura); MIT - Massachusetts Institute of Technology; MPM - Métrica de Performance de Manufatura; MTBF - Mean Time Between Failure (Tempo Médio Entre Falhas); MTTR - Mean Time To Repair (Tempo Médio Para Reparo); NPS - Number of Production Stoppage (Número de Paradas de Produção); OPE - Overall Process Effectiveness (Eficácia Total do Processo); PDCA - Planejar, Executar, Verificar e Agir;

PE - Performance Efficiency (Desempenho de Eficiência); PQCE - Produtividade, Qualidade, Confiança e Eficiência; PSK - Phase Shift Keying (Modulação por Chaveamento de Fase); PVC - Polyvinyl Chloride; QR - Quality Rate (Taxa de Qualidade); RCA - Radio Corporation of America; RF - Radiofrequência; RFID - Radio Frequency Identification (Identificação por Radiofrequência); RR - Rejection Rate (Taxa de Rejeição); RS232 - Rede serial; RS422 - Rede serial ponto a ponto; RS485 - Rede serial endereçavel; SAA - Standalone Availability (Disponibilidade Autônoma); SAC - Standalone Capability (Capacidade Autonoma do Processo); SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition; SEQ - Sequencial; SMF - Sistema de Manufatura Flexível; TSF - Telegrafia Sem Fio; UHF - Ultra High Frequency; UPC - Universal Product Code (Código Universal de Produto); WWW - World Wide Web;

LISTA DE FIGURAS 1.1 Evolução da Indústria [1]............................. p. 14 1.2 Código de barras linear.............................. p. 15 1.3 Configuração básica de um sistema RFID [2].................. p. 16 2.1 Estrutura EAN-13 de código de barras [3].................... p. 21 2.2 Código de barras EAN de 13 dígitos [3]..................... p. 21 2.3 Arquitetura genérica de um sistema RFID [4].................. p. 25 2.4 Características físicas das etiquetas RFID [5].................. p. 26 2.5 Acoplamento remoto por indução magnética [6]................ p. 28 2.6 Modo de comunicação do sistema RFID [3]................... p. 28 2.7 Princípio de funcionamento da tecnologia RFID [3]............... p. 29 2.8 Modo de comunicação FDX, HDX e SEQ [5].................. p. 30 2.9 Frequências UHF regulamentas por região do globo terrestre [3]........ p. 32 2.10 Padronização das interfaces aéreas de comunicação das etiquetas RFID [3].. p. 33 3.1 Exemplo de estrutura organizacional MES, ERP e SCADA........... p. 39 3.2 Produto rastreado desde sua produção [7].................... p. 41 3.3 Integração da tecnologia RFID com Sistema MES [8]............. p. 42 3.4 Arquitetura de controle centralizado. [5]..................... p. 44 3.5 Arquitetura de controle descentralizado [5]................... p. 45 3.6 Etiqueta instalada no dispositivo de transporte [9]................ p. 46 3.7 Mapa conceitual do fluxo do processo [10]................... p. 49 3.8 Diagrama de Ishikawa ou espinha de peixe [5]................. p. 49 3.9 Exemplo de Gráfico de Pareto.......................... p. 50

3.10 Metodologia para determinar o PQCE [11]................... p. 55 3.11 Metodologia de simulação [12]......................... p. 55 4.1 Fluxo do Processo de Pintura.......................... p. 61 4.2 Exemplo de coleta de dados de paradas pelo sistema SCADA......... p. 63 4.3 Gráfico Boxplot para identificação de outliers.................. p. 63 4.4 Diagrama de Ishikawa para identificação da causa raiz............. p. 66 4.5 Diagrama de Pareto leitura RFID [13]...................... p. 67 4.6 Teste goodness-of-fit.............................. p. 70 4.7 Modelo conceitual................................ p. 71 4.8 Modelo de Simulação do estudo de caso..................... p. 72 4.9 Modelo de simulação da condição atual..................... p. 73 4.10 Modelo de simulação da condição futura.................... p. 74 A.1 Outros códigos populares e suas áreas de aplicação [3]............. p. 79 A.2 Códigos Bidimensionais [3]........................... p. 80 B.1 Padrão EPCglobal para identificação RFID................... p. 83 D.1 Gráfico Boxplot para determinação dos outliers [12].............. p. 86 E.1 Curva de distribuição equivalente [12]...................... p. 88

LISTA DE TABELAS 2.1 Características e aplicações das frequências mais conhecidas [14]....... p. 31 3.1 Medida de capacidade sigma [15]........................ p. 52 4.1 Tempo de intervalo entre falhas (MTBF).................... p. 63 4.2 Tempo de intervalo entre falhas (MTBF) sem outliers.............. p. 64 4.3 Medidas de desempenho do SMF [3]...................... p. 64 4.4 Produtividade atual pelo método analítico [3].................. p. 65 4.5 Tipo de falhas [3]................................. p. 67 4.6 Produtividade estimada com RFID pelo método analítico [3].......... p. 68 4.7 Dados de MTBF do Leitor RFID [16]...................... p. 68 4.8 Teste de aderência goodness-of-fit....................... p. 70 4.9 MPM modelo computacional da situação atual................. p. 72 4.10 Resultado da simulação na condição atual.................... p. 73 4.11 MPM modelo computacional da situação atual................. p. 74 4.12 Resultado da simulação na condição atual.................... p. 75 C.1 Medidas e MPMs para critérios PQCE no nível de processo [11]........ p. 84 C.2 Fórmulas para os MPMs nível de Processo [11]................. p. 85

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO p. 14 1.1 Definições do Problema............................. p. 16 1.2 Objetivos.................................... p. 17 1.3 Importância da pesquisa............................ p. 18 1.4 Motivação.................................... p. 18 1.5 Organização do Texto.............................. p. 19 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA p. 20 2.1 Tecnologia de Identificação de Produtos.................... p. 20 2.1.1 Identificação do produto por meio de código de barras........ p. 20 2.1.2 Desvantagens na identificação por meio de código de barras..... p. 22 2.2 Identificação do Produto por Meio da Tecnologia RFID............ p. 22 2.2.1 História da Tecnologia RFID...................... p. 22 2.2.2 Arquitetura de um sistema RFID.................... p. 24 2.2.3 Etiquetas RFID............................. p. 26 2.2.3.1 Fonte de energia....................... p. 27 2.2.3.2 Modo de Acoplamento................... p. 27 2.2.3.3 Modo de comunicação.................... p. 29 2.2.3.4 Frequência de Operação................... p. 30 2.2.4 Leitor RFID............................... p. 32 2.3 Considerações Finais do Capítulo....................... p. 33 3 SISTEMAS DE MANUFATURA p. 35

3.1 Introdução.................................... p. 35 3.1.1 Manufatura flexível........................... p. 36 3.1.2 Manufatura enxuta........................... p. 36 3.1.3 Manufatura ágil............................. p. 37 3.2 Sistema de informação no ambiente de Manufatura.............. p. 37 3.2.1 Sistema de Execução de Manufatura (MES).............. p. 38 3.3 Aplicações das Tecnologias de Identificação.................. p. 39 3.3.1 Código de barras e código bidimensional............... p. 39 3.3.2 Aplicação da tecnologia RFID na cadeia de distribuição....... p. 40 3.3.3 Aplicação da tecnologia RFID em sistemas de manufatura...... p. 41 3.3.4 Integração entre RFID, Sistemas de informação e Manufatura.... p. 41 3.4 Melhoria de desempenho............................ p. 47 3.4.1 Métricas de desempenho de processos de manufatura......... p. 47 3.4.2 Ferramentas da Qualidade....................... p. 48 3.4.3 Metodologia DMAIC.......................... p. 50 3.4.4 Medida de capacidade DPMO..................... p. 51 3.4.5 Medida de capacidade sigma (σ) de um processo........... p. 51 3.5 Modelagem e Simulação de Eventos Discretos................. p. 51 3.5.1 Metodologia de Simulação....................... p. 54 3.5.2 Coleta dos dados de entrada...................... p. 56 3.5.2.1 Coleta e tratamento dos dados................ p. 56 3.5.2.2 Inferência e Testes de aderência............... p. 57 3.5.3 Modelo de simulação.......................... p. 58 4 ESTUDO DE CASO p. 60 4.1 Identificação da oportunidade de melhoria................... p. 62 4.1.1 Capacidade sigma do processo..................... p. 65

4.2 Análise da oportunidade de melhoria...................... p. 65 4.2.1 Proposta de melhoria.......................... p. 68 4.2.2 Simulação discreta........................... p. 69 4.2.3 Tratamento dos dados......................... p. 69 4.2.4 Modelo conceitual e computacional.................. p. 71 4.2.5 Análise dos resultados......................... p. 74 4.3 Considerações finais do capítulo........................ p. 75 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS p. 77 ANEXO A -- CÓDIGOS BIDIMENSIONAIS 2-D p. 79 ANEXO B -- PADRÃO EPCGLOBAL p. 82 ANEXO C -- MÉTRICAS PARA PCQE NO NÍVEL DE PROCESSO p. 84 ANEXO D -- MÉTODO PARA ANÁLISE DE OUTLIERS p. 86 ANEXO E -- MÉTODO DE INFERÊNCIA PARA IDENTIFICAR UMA DISTRIBUIÇÃO DE PROBABILIDADE p. 87 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS p. 89 APÊNDICE A -- TRABALHOS PUBLICADOS p. 91

14 1 INTRODUÇÃO Diante do crescimento da competitividade, empresas têm adotado sistemas de manufatura flexíveis com alto nível de automação. Segundo Wakil [17], estes sistemas são adaptáveis a mudança de demanda do mercado e possibilitam a produção de diferentes produtos em diferentes versões. Como se pode observar na Figura 1.1, a indústria se encontra em uma etapa de desenvolvimento onde a produção em massa é potencialmente flexível a ponto de produzir produtos sob encomenda. Figura 1.1: Evolução da Indústria [1]. O foco das empresas entre o período de 1900 a 1970 era o da produção em massa que necessitava, de acordo com os recursos tecnológicos da época, uma média de 150 máquinas para produzirem entre 10 a 15 produtos diferentes. O percentual médio de retrabalhos nos produtos em processo final de manufatura estava igual ou acima de 25% [1]. Os avanços tecnológicos ocorridos na área de eletrônica industrial a partir da década de 70 permitiram que máquinas e equipamentos se tornassem mais produtivos e com controles mais eficientes sobre os processos de produção. Isto possibilitou que empresas adotassem sistemas de manufatura mais flexíveis, reduzindo o número de equipamentos para uma média de 20 a

15 30 para produzirem uma quantidade média de 100 a 1000 diferentes produtos. O índice médio de retrabalho por produto caiu para 0,02% ou menos aumentando a qualidade dos mesmos [1]. Por outro lado, a capacidade crescente das empresas em oferecer uma variada linha de produtos tornou mais complexo o gerenciamento dos seus próprios processos de manufatura. Neste cenário, as tecnologias de identificação têm desempenhado um papel importante, pois permitem que os sistemas de gerenciamento de produção monitorem seus produtos de forma automática durante todo o processo produtivo. Uma destas tecnologias faz uso da identificação por meio de uma etiqueta de código de barras fixadas ao produto ao longo da cadeia produtiva. Segundo Finkenzelller [5], um código de barras nada mais é do que a representação gráfica de uma informação em um padrão chamado de código universal de produto UPC (Universal Product Code). Na Figura 1.2 se pode observar um exemplo de sistema de leitura de código de barras utilizando um leitor a laser integrado a um sistema de gestão. Figura 1.2: Código de barras linear. Estima-se que até 2020 as fábricas tenderão a ser rivais das oficinas por terem a capacidade de produzir produtos cada vez mais customizados. Desta forma, os recursos médios em número de equipamentos, estarão entre 20 e 25 para um ilimitado número de modelos de um produto, e com índices de retrabalho na ordem de 0,0005%. Para alcançar estes indicadores, empresas têm considerado a substituição da tecnologia de código de barras pela tecnologia RFID (Radio Frequency Identification). Este sistema consiste de um leitor, que pode também ser chamado de interrogador de RFID, que transmite, por meio de uma antena, um sinal RF a um identificador específico chamado de etiqueta RFID, não necessitando de um alinhamento visual. Na Figura 1.3, pode-se ver uma configuração básica de um sistema RFID. A etiqueta RFID, também conhecida como tag, interage com as ondas eletromagnéticas de radiofrequência enviadas pela antena acoplada ao leitor, de forma a receber tanto a energia necessária para seu funcionamento quanto para informações. A etiqueta utiliza o mesmo meio para devolver informações armazenadas em sua memória para o leitor, que por sua vez, as transmite a um computador central geralmente por meio de uma rede de dados.

16 Figura 1.3: Configuração básica de um sistema RFID [2]. 1.1 Definição do Problema Em um sistema de manufatura, a quantidade de versões de uma determinada linha de produtos é proporcional ao nível de complexidade na identificação destes. A complexidade na identificação de produtos durante seu processo de fabricação aumenta a incidência de erros nas operações realizadas por operadores e por equipamentos de produção. Os sistemas de execução de manufatura (MES, Manufacturing Execution System) são sistemas de chão de fábrica, orientados para a melhoria de desempenho, que complementam e aperfeiçoam os sistemas integrados de gestão (planejamento e controle) da produção. Sem a identificação correta dos produtos e em tempo real estes sistemas perdem sua eficiência, visto que dependem da informação de chão de fabrica para o gerenciamento da produção. Com objetivo de melhorar sua produtividade, empresas têm considerado a possibilidade de uso da tecnologia RFID para identificação de seus produtos. As incertezas do mercado em função da competitividade pressionam as empresas a adotarem novas tecnologias em substituição as existentes, como por exemplo a incorporação da tecnologia RFID. Sem um estudo sistematizado para obtenção de uma estimativa confiável de ganhos, a incorporação da tecnologia RFID pode ser equivocada e trazer ao invés de lucro, prejuízo para a empresa.

17 1.2 Objetivos O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de uma abordagem sistemática baseada na modelagem e simulação a eventos discretos para auxílio na tomada de decisão relativa à incorporação da tecnologia RFID em sistemas flexíveis de manufatura. A abordagem especifica os principais passos relativos a: Definição do problema; Definição das métricas de desempenho do sistema de manufatura; Construção dos modelos atual (sem RFID) e futuro (com RFID); Obtenção dos dados do problema; Execução do modelo e verificação dos resultados. Por meio da simulação discreta de diferentes cenários, pretende-se estimar os possíveis ganhos e deficiências relativos à incorporação da tecnologia RFID. Como estudo de caso para desenvolvimento e aplicação da proposta é utilizado o processo de pintura de uma indústria automobilística. O objetivo geral deste trabalho pode ser desdobrado nos seguintes objetivos específicos: Estudo da tecnologia de identificação de produtos em sistemas de manufatura, considerando em particular a tecnologia RFID; Levantamento das deficiências em um sistema de manufatura decorrentes direta ou indiretamente da tecnologia utilizada para identificação do produto; Definição de métricas do sistema de manufatura para análise dos resultados visando à comparação do modelo atual com o modelo futuro; Proposta de um procedimento para elaboração de um modelo do sistema de manufatura na sua configuração atual; Elaboração de diretrizes para proposta de modificações no sistema considerando a incorporação da tecnologia RFID; Modificação do modelo para a configuração usando RFID (futuro);

18 Proposta de um procedimento para definição de cenários de simulação considerando um conjunto de variáveis e os objetivos da simulação; A validação deste trabalho foi realizada por meio da aplicação dessa proposta em um estudo de caso referente ao processo de pintura de um produto da indústria automotiva. Este processo utiliza atualmente um sistema de identificação do produto baseado na tecnologia de identificação por código de barras. 1.3 Importância da pesquisa Cabe aos setores estratégicos das empresas buscarem novas tecnologias que tragam confiabilidade e maiores benefícios ao seu sistema de manufatura e que sejam integráveis aos sistemas de informação que gerenciam este sistema de manufatura. A tecnologia RFID apresenta algumas vantagens quando comparada à tecnologia de código de barras. O método de leitura das etiquetas RFID possibilita que as mesmas sejam lidas em grande velocidade em comparação ao código de barras. A leitura da etiqueta RFID não depende da visualização, pode ser reutilizada ou operar em ambientes contaminados por sujeira ou reagentes químicos. Escolhida a tecnologia, a simulação de eventos discretos possibilita a análise do comportamento do sistema de manufatura na situação futura, ou seja, como a nova tecnologia incorporada virtualmente. Desta forma é possível mitigar os riscos associados à tomada de decisão pela incorporação ou não da tecnologia RFID. 1.4 Motivação Ferramentas de qualidade tais como: Diagrama de Causa e Efeito (Ishikawa), Histogramas, Diagrama de Pareto entre outros suportam metodologias para definição de oportunidades de melhoria do desempenho dos processos em sistemas de manufatura. Em alguns casos, esta oportunidade de melhoria pode ser concretizada por meio da utilização da tecnologia RFID. Neste cenário, algumas questões são levantadas. Qual é a garantia de que a tecnologia RFID vai atingir os resultados esperados? Quais critérios de desempenho devem ser utilizados para medir estes resultados? Estes critérios são suficientes para o auxílio à tomada de decisão relativa à adoção da tecnologia RFID? Estes questionamentos podem ser fatores inibidores na busca por novas tecnologias, pois uma decisão equivocada pode trazer prejuízos para a empresa.

19 A abordagem proposta neste trabalho traz uma ferramenta que pode ser aplicada à necessidade de tomada de decisão dos gestores acerca da incorporação de novas tecnologias em sistemas de manufatura, definindo uma metodologia que os auxilie nessa tomada de decisão. 1.5 Organização do Texto O Capítulo 2 apresenta a fundamentação dos conceitos teóricos de duas tecnologias de identificação de produto, código de barras e RFID (Radio Frequency Identification). O Capítulo 3 apresenta inicialmente os sistemas de manufatura e exemplos de aplicações da tecnologia RFID nestes sistemas, como também na cadeia de distribuição de produtos. Por fim, são apresentados a fundamentação e os conceitos teóricos. O Capítulo 4 apresenta o estudo de caso, onde aplica-se a metodologia apresentada no Capítulo 3 para a integração da tecnologia de RFID em um sistema de manufatura da industria automobilística. O Capitulo 5 apresenta a conclusão em relação aos objetivos propostos e discute os resultados obtidos.

20 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo, será descrito o sistema de identificação por código de barras e suas principais características. Uma revisão bibliográfica do sistema de identificação por rádio frequência (RFID) será apresentada, como também as principais normas e padrões que regem esta tecnologia. 2.1 Tecnologia de identificação de Produtos Um produto complexo por definição é qualquer produto composto por componentes múltiplos montados em conjunto. Produtos dessa natureza necessitam de numerosos e diferentes processos de manufatura. São exemplos de produtos complexos: computadores, aparelhos eletrônicos, eletrodomésticos e automóveis, entre outros. Geralmente distribuídos em extensas linhas de produção e com várias etapas de montagem antes que sejam entregues ao consumidor final, necessitam de um método de identificação apurado. Várias versões podem ser produzidas em uma mesma linha de montagem, aumentando a probabilidade de ocorrer um erro na seleção do produto pelos operadores ou equipamentos de processo. Neste cenário de complexidade, uma identificação precisa do produto é fundamental para o sistema produtivo, pois esta pode reduzir paradas não programadas de produção, produtos defeituosos e custos decorrentes de quebras de equipamentos e ferramentas. 2.1.1 Identificação do produto por meio de código de barras Segundo Glover e Bhatt [18], o código de barras provavelmente é o identificador legível por computador mais familiar, porém com utilização limitada pelo seu próprio método de leitura. Finkenzeller descreve o código de barras como um código binário comprimido em um campo de barras e lacunas dispostas paralelamente [5]. As barras e os espaços estão organizados de acordo com um determinado padrão e representam os elementos de dados que se referem a um símbolo associado. A sequência é composta de barras largas, barras estreitas e lacunas que

21 podem ser interpretadas de forma numérica e alfanumérica. O mais popular código de barras é o código EAN (European Article Number) que foi projetado especialmente para atender a indústria alimentícia em 1976. O código EAN foi desenvolvido a partir do UPC (Universal Product Code) dos EUA (Estados Unidos da América), que já existia desde 1973. O código de barras UPC é um subconjunto do código EAN, portanto totalmente compatível com ele. Ao contrário do UPC, que possui 12 dígitos, o código EAN mais popular é composto de 13 dígitos para identificação e possui uma composição como mostrada na Figura 2.1. Figura 2.1: Estrutura EAN-13 de código de barras [3]. Os campos estão divididos em: identificador do país, identificador da empresa, identificador do número do item do fabricante e dígito de verificação. Na Figura 2.2 se pode observar outro exemplo de código de barras EAN de 13 dígitos. Atualmente outros códigos de barras EAN com diferentes quantidades de dígitos são encontrados no mercado como EAN-8 e o EAN-128. Figura 2.2: Código de barras EAN de 13 dígitos [3]. Apesar dos códigos de barras terem seus desenhos físicos semelhantes, existe consideráveis

22 diferenças entre os mais de dez tipos de códigos atualmente utilizados. Exemplos de outros códigos de barras que podem ser encontrados facilmente em diversas aplicações e aprimoramentos desta tecnologia são apresentados no anexo A. 2.1.2 Desvantagens na identificação por meio de código de barras Em qualquer aplicação, a tecnologia de identificação por código de barras depende de uma linha de visão direta entre a etiqueta e o leitor óptico. Além disto, a sua aplicação apresenta as seguintes desvantagens: Para controle do estoque as empresas de varejo, por exemplo, precisam ler o código de barras nas etiquetas fixadas em cada produto ou em cada caixa de produtos; Os códigos de barras são apenas para leitura o que significa que eles não enviam nenhuma outra informação; Uma etiqueta de código de barras pode tornar-se ilegível se a sua superfície for danificada; Uma vez a etiqueta impressa, as informações não podem ser alteradas; O código impresso precisa estar dentro do campo de visão do sistema de leitura sem a presença de qualquer objeto entre eles. Algumas destas desvantagens são percebidas em nossa vida cotidiana, como por exemplo, a troca de um produto no caixa de um supermercado pelo fato de a etiqueta de código de barras estar danificada. 2.2 Identificação do Produto por Meio da Tecnologia RFID 2.2.1 História da Tecnologia RFID A história da tecnologia RFID começou com James Clerk Maxwell em 1864 quando demonstrou que campos elétricos e magnéticos se propagam com a velocidade da luz de forma acoplada. A teoria de Maxwell possibilitou o desenvolvimento tecnológico que caracteriza a sociedade atual, fortemente adepta do uso de equipamentos eletrônicos. Esses equipamentos funcionam através do uso da energia elétrica em uma larga faixa de frequências. Algum tempo depois, um importante marco para a tecnologia RFID foi estabelecido em Bolonha. Em 1896, Marconi obteve os primeiros resultados práticos das suas experiências em

23 comunicações sem fio. Em 1899, Marconi conseguiu estabelecer a primeira ligação por TSF (Telegrafia Sem Fio) através do canal da Mancha e, dois anos mais tarde, ligou pela primeira vez o Atlântico por radiotelegrafia. Mais tarde, em 1906, Ernest F. W. Alexanderson demonstrou a primeira onda contínua e a geração e transmissão de sinais de rádio, marcando o início da comunicação moderna, na qual todos os aspectos de ondas de rádio são tratados. O físico britânico Robert Watson Watt introduziu o primeiro sistema de radar prático em 1935, e antes de 1939 as forças armadas britânicas estabeleceram uma rede de estações de radar para descobrir agressores no mar e no ar. Na segunda guerra mundial, tecnologias relacionadas com identificação por radiofrequência estavam sendo exploradas, tais como os sistemas de transmissão e resposta (transponders) para identificação de longo alcance. Estes sistemas eram chamados de identificação de amigo ou inimigo (IFF - Identification Friend or Foe) para identificar se os aviões que se aproximavam das bases eram aliados. No final dos anos 60, teve início o desenvolvimento dos sistemas para a vigilância eletrônica de produtos, tais como vestuário em lojas de departamento e livros em bibliotecas. Entre as décadas de 70 e 90, gigantes como a RCA, Fairchild e Raytheon entre outras investiram em pesquisa e desenvolvimento da tecnologia RFID, surgindo assim diversas patentes. Rastreamento de animais, veículos e processos produtivos começaram a utilizar a tecnologia RFID e surgiu a primeira aplicação comercial de cobrança eletrônica de pedágios na Noruega. Segundo Bhuptani e Moradpour [14], nos Estados Unidos, o primeiro trabalho para padronização das aplicações da tecnologia RFID teve início na década de 90 com a E-Zpass Interagency Group (IAG), que foi criada para representar diversas agências de pedágios regionais do nordeste americano. A E-Zpass desenvolveu um sistema em que uma única etiqueta RFID correspondia a uma única fatura e assim um veículo com este tipo de etiqueta tinha acesso livre às estradas de diversas administradoras de pedágio. Contudo, nesse período, a líder americana nas iniciativas para a padronização das aplicações RFID foi a empresa Texas Instruments. Essa empresa, em 1991, criou o Sistema de Registro de Identificação da Texas Instruments (TIRIS) conhecido hoje como TI-Rfid (Sistema de identificação por rádiofrequencia da Texas Instruments) que se tornou uma plataforma de desenvolvimento e aplicação de novas classes de aplicações em RFID. Início do ano 2000, a empresa Wall-Mart, Target e grandes varejistas exigiram de seus fornecedores o uso de RFID em seus produtos. Em 2003, foi estabelecido o padrão código eletrônico global EPC Global (Global Eletronic Product Code) a partir dos primeiros trabalhos nos laboratórios do MIT (Massachusetts Institute of Technology) Auto-ID.

24 Nos dias de hoje, semicondutores mais baratos e conexões mais rápidas de Internet encorajam os empresários a utilizar a tecnologia RFID nas mais variadas aplicações. Para Glover e Bhatt [18], a identificação por rádio frequência RFID é um termo que descreve qualquer sistema de identificação no qual um dispositivo eletrônico anexado a um item usa frequência de rádio ou variação de campo magnético para sua comunicação. Comparada com a tecnologia de identificação por código de barras, a tecnologia RFID possui qualidades extras principalmente em relação à leitura das informações. O método de leitura por rádio frequência (RF) possibilita que as etiquetas RFID sejam lidas em grande velocidade se comparado com o método de leitura por código de barras. Na leitura por RF não há necessidade de visualização direta do leitor na etiqueta, por exemplo, no caso de compras no varejo, se todos os produtos em um carrinho de compras possuem uma etiqueta RFID, um leitor específico para RFID, pode ler todo o conteúdo deste carrinho de compras em poucos segundos sem que seja necessário tocar em qualquer produto para direcioná-lo ao leitor. 2.2.2 Arquitetura de um sistema RFID A tecnologia RFID, assim como o código de barras, fitas magnéticas, reconhecimento de voz e outras tecnologias de identificação automática, é uma tecnologia de aquisição de informação. Existem inúmeras aplicações da tecnologia RFID que podem passar despercebidas no nosso dia a dia como, por exemplo: vigilância eletrônica de produtos que é utilizada principalmente nas lojas de artigos vestuário; controle de acesso em edifícios, escritórios por meio de chaveiros, crachás e similares, e os cartões inteligentes sem contato (contactless smart cards) utilizados popularmente para pagamento de transporte público entre outros. Na Figura 2.3, pode-se observar uma arquitetura básica de um sistema RFID onde uma antena conectada a um leitor fornece energia e enviam dados a serem armazenados em um grupo de etiquetas RFID. O leitor está conectado a um sistema de processamento de dados por meio de uma rede com o objetivo de receber e transferir informações nos dois sentidos: da etiqueta para o sistema e do sistema para a etiqueta. A funcionalidade da aplicação é a chave para se determinar como uma arquitetura de um sistema RFID pode atender satisfatoriamente a uma necessidade da indústria, cadeia de distribuição, rastreamento de animais, varejo, etc. As características físicas de cada componente e seu modo de operação dependem desta definição, pois não há uma arquitetura padrão que atenda a todas as aplicações. Segundo Glover e Bhatt [18], considerando-se uma aplicação industrial, pode haver a coexistência de um sistema com a tecnologia RFID e um sistema com a tecnologia de código de

25 Figura 2.3: Arquitetura genérica de um sistema RFID [4]. barras, garantindo-se capacidades alternativas e mais automatizadas. Qualquer sistema RFID que venha compartilhar ou substituir um sistema de identificação existente deverá prover igual ou superior qualidade em termos de: Privacidade e segurança: dependerá do nível de autenticidade e vulnerabilidade do acesso às informações que a aplicação exigir; Desempenho: pode ser medido pela velocidade de processamento da informação e o tempo necessário para a identificação de uma etiqueta RFID; Escalabilidade: quanto um sistema implementado pode atender a um aumento de demanda, por exemplo, o aumento da quantidade de itens a serem identificados sem necessitar de grandes implementações técnicas; Maleabilidade: é a capacidade do sistema em identificar falhas em seus componentes com o propósito de evitar erros no processo; Extensibilidade e manutenção: relacionado ao nível de compatibilidade do sistema com diferentes tipos de tecnologia para leitores, sensores e etiquetas. Os sistemas RFID devem ser encarados, nas empresas, como qualquer outra tecnologia corporativa, onde é essencial o conhecimento dos requisitos de qualidade descritos anteriormente para que inovações sejam adotadas.

26 2.2.3 Etiquetas RFID A etiqueta RFID, tem o propo sito de anexar fisicamente informac o es sobre um objeto de maneira a possibilitar a sua identificac a o. Todas as etiquetas RFID possuem uma antena de algum tipo, pore m nem todas possuem um microchip ou uma bateria interna. Sa o produzidas com diversos materiais em formas fı sicas variadas, como se pode observar na Figura 2.4. Elas podem ter a forma de boto es e discos pla sticos, geralmente incluindo um furo central para sua fixac a o, podem estar em ca psulas de vidros para resistir a ambientes corrosivos ou lı quidos, podem ter uma estrutura fı sica malea vel ou rı gida dependendo da necessidade da aplicac a o. Figura 2.4: Caracterı sticas fı sicas das etiquetas RFID [5]. Campos ele tricos, magne ticos e eletromagne ticos sa o utilizados para acoplamento entre a etiqueta e o leitor RFID. As freque ncias de operac a o sa o padronizadas conforme a aplicac a o e podem variar de 135 KHz (ondas longas) a 5,8 GHz (micro-ondas). A dista ncia de alcance para a troca de dados entre um leitor e uma etiqueta pode variar de poucos milı metros a mais de dezenas ou centenas de metros. As capacidades de armazenamento das etiquetas RFID podem variar de 1 bit ate alguns

27 megabytes. Algumas das características das etiquetas RFID estão relacionadas a atributos importantes para a sua categorização, que são: fonte de energia, frequência operacional, modo de comunicação e acoplamento. 2.2.3.1 Fonte de energia A fonte de energia para o funcionamento de uma etiqueta RFID é um dos fatores determinantes para o seu custo e longevidade. A etiqueta conhecida como passiva obtém toda a sua energia por meio da transmissão de energia proveniente do leitor. Devido a esta característica, a etiqueta passiva tem um custo menor em comparação com uma etiqueta ativa que possui uma bateria interna para funcionar sem depender do leitor RFID. Atualmente mais caras, as etiquetas ativas tem capacidade maior de alcance de leitura, de troca de informações mais complexas, maior capacidade de armazenamento de dados e velocidades de processamento maiores que as passivas, porém sua vida útil depende da vida útil de sua bateria. Um terceiro tipo de etiqueta, a semi-passiva (também chamada de semi-ativa), possui uma bateria interna semelhante a da ativa, porém ela entra em funcionamento apenas quando é afetada pelo campo magnético do leitor. A etiqueta semi-passiva utiliza a energia de sua bateria apenas para alimentar seus componentes internos, portanto esta economia de consumo aumenta sua vida útil em vários anos. A energia emitida pelo leitor ainda é utilizada por esta etiqueta para realizar a troca de informações. 2.2.3.2 Modo de Acoplamento O modo como um leitor e uma etiqueta influenciam um ao outro para troca de dados é denominado modo de acoplamento. O modo de acoplamento entre um leitor e uma etiqueta determina qual é a sua capacidade de receber e transmitir dados a uma determinada distância. O modo de acoplamento pode ser próximo (menor que um centímetro), remoto (entre um centímetro e um metro) e o longo (mais de um metro). O meio físico pelo qual ocorre à troca de informação pode ser capacitivo, magnético, por indução ou espalhamento (backscatter). Na Figura 2.5 se pode observar um exemplo de um acoplamento remoto. A corrente i gerada pelo leitor ao passar pela bobina cria uma indução magnética B que devido a proximidade com outra bobina da etiqueta cria uma tensão v na etiqueta. A etiqueta utiliza esta tensão v para enviar os dados ao leitor. A maioria dos sistemas RFID atualmente vendidos são de acoplamento indutivo, portanto

28 existem padrões e especificações técnicas para etiquetas e leitores que utilizam este princípio de funcionamento. Alguns tipos de aplicações são: cartões inteligentes, identificação animal e automação industrial. Frequências entre 125 KHz e 13,56 MHz são utilizadas neste tipo de acoplamento. Figura 2.5: Acoplamento remoto por indução magnética [6]. Sistemas RFID com faixas de alcance acima de 1 metro são conhecidos como sistemas longo alcance e operam por meio de ondas eletromagnéticas na frequência de UHF (Ultra High Frequency) e micro-ondas. A grande maioria destes sistemas é conhecida como backscatter (espalhamento) devido ao seu princípio físico de utilização em que o sinal do leitor é refletido pela etiqueta. Na Figura 2.6 se pode observar uma representação de um sistema RFID utilizando uma etiqueta passiva no modo de acoplamento backscatter. Figura 2.6: Modo de comunicação do sistema RFID [3]. Distâncias de 3 metros podem ser conseguidas utilizando etiquetas passivas, enquanto que distâncias de 15 metros e acima apenas com etiquetas ativas. A bateria em uma etiqueta ativa,

29 entretanto nunca é utilizada para fornecer energia para a transmissão entre a etiqueta e o leitor, mas sim para alimentar o microchip e para manter os dados armazenados. A energia do campo eletromagnético recebido do leitor é a única energia usada para a transmissão dos dados. 2.2.3.3 Modo de comunicação Independente do tipo e modelo, toda etiqueta RFID tem a propriedade de armazenar dados em seu mecanismo interno e uma forma apropriada de comunicar estes dados com um meio externo. Na Figura 2.7 pode ser observado de forma genérica como ocorre o envio do dado (ID) e onde o mesmo é armazenado na etiqueta RFID. No modo de escrita, um computador central transmite a informação por meio de uma rede de dados para um leitor RFID, que por sua vez, transmite a informação por meio de ondas eletromagnéticas para a etiqueta RFID. O dado permanece armazenado em seu microchip para ser utilizado quando necessário pelo sistema RFID. No modo de leitura o processo é o mesmo, porém a informação caminha no sentido etiqueta para o computador central por meio do leitor. A forma pela qual a etiqueta se comunica com o leitor é chamada de interface aérea. Figura 2.7: Princípio de funcionamento da tecnologia RFID [3]. O modo de comunicação RF entre um leitor e uma etiqueta passiva pode ser Full Duplex (FDX), Half Duplex (HDX) e sequencial (SEQ). Na Figura 2.8 se pode observar como a energia é transferida do leitor para a etiqueta e como é o procedimento de comunicação. No modo FDX, a transferência de energia é contínua e a escrita de dados do leitor para a etiqueta (downlink) ocorre simultaneamente com a leitura de dados da etiqueta para o leitor (uplink). No modo HDX, a transferência de energia também é contínua, porém a troca de dados downlink e uplink é alternada com o tempo. Finalmente, no modo sequencial, a energia é transferida para o leitor apenas durante o processo de escrita. A característica de chaveamento

30 Figura 2.8: Modo de comunicação FDX, HDX e SEQ [5]. (ou modulação) do modo de comunicação que pode ser feita por meio de uma onda ou um campo eletromagnético e é uma característica importante a ser considerada para a troca de informações entre os componentes de um sistema RFID. Essa modulação pode ser dos seguintes tipos: Chaveamento de amplitude (ASK, Amplitude-Shift Keying): envia dados digitais por portadores analógicos, alterando a amplitude de uma onda eletromagnética no tempo em relação ao fluxo de dados; Chaveamento por frequência (FSK, Frequency-Shift Keying): envia a mudança de dados por meio da alteração da frequência da onda; Chaveamento por fase (PSK, Phase-Shift Keying): envia a mudança de dados por meio da distância de cada ciclo de onda na referência do tempo. 2.2.3.4 Frequência de Operação Segundo Glover e Bhatt [18], a frequência operacional é a frequência eletromagnética que o identificador usa para se comunicar ou para obter energia. No que se refere aos sistemas RFID as frequências mais utilizadas são: frequência baixa (LF, Low Frequency) em 135 KHz ou menos, alta (HF, High Frequency) em 13,56 MHz, ultra alta (UHF, Ultra High Frequency) começando em 433 MHz e frequência de micro-ondas de 2,45 GHz e 5,8 GHz. Em geral a frequência de operação define a velocidade de transferências das informações entre a etiqueta RFID e o leitor. Quanto maior a frequência, maior é a velocidade da troca

31 de informações e, portanto, menor o tempo de leitura/escrita. Segundo Bhuptani e Moradpour [14], os aspectos ambientais onde a aplicação necessita ser utilizada é determinante na escolha da frequência de operação de um sistema RFID. O material onde a etiqueta deverá ser fixada e a presença de outros dispositivos geradores de ondas de radio podem interferir nas faixas de frequência de UHF e micro-ondas. Na Tabela 2.1 pode se observar as principais aplicações e características das etiquetas que operam nas frequências mais conhecidas na faixa de LF, HF, UHF e micro-ondas. Frequência Característica Aplicação Funciona melhor em metais e líquidos Identificação de animais LF Menor taxa de transferência Automação industrial Lê com alcance medido em poucas polegadas Controle de acesso Padrões comuns no mundo inteiro Cartões inteligentes Maior alcance de leitura que as etiquetas LF Anti-falsificação HF Etiquetas mais baratas que as LF Rastreamento ao nível de item Baixo desempenho em metais Prateleiras inteligentes Identificação e monitoramento de pessoas Maior alcance de leitura que as etiquetas HF Controle de inventário UHF Potencial para oferecer etiquetas de menor custo Gerenciamento de armazéns Problemas de incompatibilidade Rastreamento de ativos Susceptível a interferências de líquidos e metais Controle de acesso Altos índices de transferência de dados Cobrança eletrônica de pedágios Micro-ondas Comum nos modos ativo e semi-ativo Automação industrial Alcance de leitura similar ao UHF Baixo desempenho em metais e líquidos Tabela 2.1: Características e aplicações das frequências mais conhecidas [14]. Pelo fato de serem dispositivos de rádio, os dispositivos de RFID não devem interferir em outras aplicações protegidas, tais como rádios de emergência e transmissões de televisão, portanto existem normas que regulamentam suas aplicações. Os padrões representam um papel fundamental para qualquer tecnologia inovadora, pois garante a interoperabilidade dos componentes e evita a não conformidade com normas nacionais ou internacionais. Um exemplo de regulamentação de frequências operacionais na faixa do UHF, para determinadas regiões do globo terrestre, pode ser observado na Figura 2.11. Pode se destacar que no Brasil as frequências para utilização de sistemas RFID operando em UHF estão nas faixas de 902-907,5 MHz e 915-928 MHz. As organizações mais conhecidas e que são citadas como referências de padronização da tecnologia RFID são: European Article Number e Uniform Code Council, anteriormente conhecidos como EAN.UCC, agora são representados pelo GS1 (Global Standard 1);

32 Figura 2.9: Frequências UHF regulamentas por região do globo terrestre [3]. International Organization for Standardization (ISO) é uma rede de institutos de padrões conhecida e atuante em mais de 148 países; American National Standard Institute (ANSI) é uma organização privada e sem fins lucrativos que administra e coordena o sistema de padronização dos Estados Unidos. Como em qualquer iniciativa de padronização, a coexistência de diversos padrões EPCglobal, ISO e ANSI é uma realidade. No anexo B é apresentada a formatação do código EPC global. Alguns sistemas RFID necessitam que seus elementos interajam apenas com um padrão de uma empresa, porém outros sistemas necessitam compartilhar informações com outros sistemas RFID que seguem padrões de outras organizações regulamentadoras. Além da padronização das características físicas e operacionais, na Figura 2.10, pode-se observar exemplos de padronização entre empresas e organizações para protocolos de comunicação de etiquetas RFID. 2.2.4 Leitor RFID Tal como as etiquetas, os leitores podem variar de forma, tamanho e podem suportar diferentes modos de comunicação, mas nem todos podem seguir a uma determinada norma regu-

33 Figura 2.10: Padronização das interfaces aéreas de comunicação das etiquetas RFID [3]. lamentadora, ou seja, alguns podem ser utilizados em parte do globo terrestre e em outra parte não. Os diferentes tipos de leitor podem ter: Formas e tamanhos: a máxima dimensão de um leitor varia de 2 centímetros até o tamanho de um computador de mesa. Eles podem ser instalados em um dispositivo externo ou interno, como por exemplo, dentro de um celular. Padrões e protocolos: protocolo é um conjunto de regras, padrões e especificações técnicas que regulam a transmissão de dados por meio de programas específicos, permitindo a detecção e correção de erros. Os padrões mais importantes para leitores incluem o ISO e o EPC sendo que alguns deles podem suportar múltiplos protocolos de comunicação. Interface de rede: os leitores se comunicam com um computador central por meio de uma rede de dados de diferentes interfaces tais como as seriais RS232 ou RS422 (ponto a ponto, par trançado) ou RS485 (endereçável par trançado). Os leitores também podem se comunicar por meio de Ethernet e Bluetooth. 2.3 Considerações Finais do Capítulo Neste capítulo, foram estudados os aspectos relativos à tecnologia RFID em relação a definições, padrões, vantagens e desvantagens visando a aplicação desta inovação para substituição

34 do código de barras em sistemas de manufatura. Os sistemas RFID aplicados aos sistemas de manufatura têm peculiaridades que diferem das aplicações habituais dos sistemas de RFID, como o varejo. Desta forma, no próximo capítulo são abordadas as principais características dos sistemas de manufatura e as informações necessárias para criação de uma metodologia de integração da tecnologia RFID.

35 3 SISTEMAS DE MANUFATURA Neste capítulo são apresentadas as definições dos sistemas de manufatura flexível, enxuta e ágil e seus sistemas de controle e gerenciamento de produção, Em seguida são apresentadas algumas aplicações da tecnologia RFID em sistemas de manufatura. Por fim são apresentados os conceitos teóricos de alguns métodos de análise de falhas e de desenvolvimento da simulação de eventos discretos. 3.1 Introdução Segundo Hitomi [19], o significado original de manufatura era o de fazer as coisas com as mãos. Entretanto, atualmente esta definição mudou. Em 1983, a CIRP (International Conference on Production Research) definiu a manufatura como uma série de atividades inter relacionadas e operações envolvendo o design, a seleção de materiais, o planejamento, a fabricação de produtos, a qualidade assegurada, o gerenciamento e o marketing dos produtos fabricados pelas indústrias. Para Wakil [17], a manufatura pode ser definida como a transformação do material bruto em um produto útil por meio do método mais fácil e mais barato. É fundamental para a uma empresa que seu sistema de manufatura tenha métodos produtivos fáceis, rápidos e eficientes, pois quanto menos eficiente for o método, maior será o custo do produto e menos competitivo sera este produto perante aos produtos similares dos concorrentes. O sistema de manufatura pode ter diferentes conceitos, tais como: 1. Sistema de manufatura flexível (SMF): baseada no alto nível de tecnologia para promover a flexibilidade de seus processos; 2. Manufatura enxuta: baseada no sistema produtivo da indústria automobilística Toyota, onde processos flexíveis e eliminação de perdas possibilitam a manufatura de produtos com custos continuamente decrescentes;

36 3. Manufatura ágil: que é um passo a frente da manufatura enxuta, pois tem capacidade de se adaptar a fatores externos que não são controláveis, tal como as mudanças imprevisíveis de mercado. 3.1.1 Manufatura flexível Segundo Groover [20], um sistema de manufatura flexível é altamente automatizado e constituído de estações de trabalho interconectadas por sistemas automáticos de movimentação de peças ou materiais os quais são controlados por um sistema computadorizado. A razão de ser chamado de flexível é devido ao mesmo ser capaz de processar diferentes partes em suas estações de trabalho com uma variedade de modelos e quantidades para: Responder efetivamente a momentos de mudança; Ter capacidade de assumir novas circunstâncias; Responder a variedade de produtos, níveis de produção e prazos de entrega; Manter o desempenho apesar de incertezas em curto prazo; Atender em longo prazo a novos produtos, novos mercados e novos concorrentes; Manter opções para a ignorância decorrente de ausência de um direcionamento estratégico. 3.1.2 Manufatura enxuta A manufatura ou produção enxuta é um termo genérico usado para definir um sistema de produção eficiente, flexível, ágil e inovador, superior a produção em massa. Segundo Groover [20], a produção enxuta pode ser definida como uma adaptação da produção em massa em que os trabalhadores e as células de trabalho são mais flexíveis e eficientes adotando métodos para redução de desperdício em todas as formas. Comparada a produção em massa a produção enxuta é baseada nos seguinte princípios: Mínimo desperdício; Mínimo inventário; Entregas em just-in-time; Produzir certo na primeira vez (não retrabalho);

37 Times de trabalho; Envolvimento do operário; Sistem flexível de produção; Melhoria contínua. 3.1.3 Manufatura ágil Segundo Groover [20], a manufatura ágil pode ser definida como um nível de estratégia de manufatura que introduz novos produtos no mercado com maior velocidade. Ela tem maior possibilidade de prosperar em um ambiente de mercado mais competitivo e caracterizado por mudanças muitas vezes imprevisíveis. Segundo Kunde [21], a manufatura ágil deve ser elaborada tendo-se em mente cinco princípios básicos: Mudança contínua; Resposta rápida; Melhoria da qualidade; Responsabilidade social; Foco total no cliente. Na Manufatura Ágil os papéis tradicionais de competidor, fornecedor e cliente podem frequentemente mudar para aproveitar oportunidades do mercado. A vantagem competitiva da manufatura ágil esta em promover maior velocidade ao mercado de novos produtos, e a habilidade para satisfazer preferências individuais de consumidores ou clientes, sem reduzir a atenção para a intensificada preocupação pública referente aos impactos sociais e ambientais provocados pela manufatura. 3.2 Sistema de informação no ambiente de Manufatura Para a tomada de decisões empresariais, é necessário que o tomador de decisão possua informações precisas do que esta ocorrendo em seu processo (produção, cadeia de suprimentos, custo do produto final, pedidos que entram nos estoques atuais, logísticas de entrega). Enfim, toda a cadeia produtiva precisa estar em conformidade com os resultados desejados.

38 As empresas necessitam, cada vez mais, de flexibilidade em seus processos de manufatura para responder com mais agilidade e competitividade às exigências do mercado. A disponibilidade de informações atualizadas e precisas do chão de fábrica é fundamental e, portanto, a chave para que a empresa alcance seus objetivos de negócio, integrando estas informações aos sistemas de tomada de decisão como, por exemplo, o sistema de execução de manufatura. 3.2.1 Sistema de Execução de Manufatura (MES) De acordo com Corrêa, Gianesi e Caon [22], um sistema de execução de manufatura (MES) É um sistema de chão de fábrica orientado para a melhoria de desempenho que complementa e aperfeiçoa os sistemas integrados de gestão (planejamento e controle) da produção. Hua et al. [8] descrevem MES como sistemas de controle do chão de fábrica que incluem atividades manuais e automáticas, relatórios de produção, como também pesquisas em tempo real e atalhos para consulta de ordem de serviço, recebimento de mercadoria, embarque, controle de qualidade, manutenção, programação de produção, e outras tarefas relacionadas com o processo de manufatura. Independente de quão bom seja o planejamento de uma empresa, erros na estimativa de produção, problemas de qualidade, gargalos de capacidade, quebras, falhas de comunicação e ineficiência dificultam este planejamento. O sistema MES destina-se a aumentar a dinâmica dos sistemas de planejamento de produção por meio das seguintes funcionalidades: Gerência dos lotes de produção; Gestão detalhada de recursos incluindo sequenciamento, liberação, monitoramento de equipamentos; Alocação e coordenação de recursos humanos e ferramental; Instruções de trabalho; Rastreamento da produção. O MES coleta e disponibiliza informações de chão de fabrica fazendo a ligação entre sistemas, tais como o ERP (Enterprise Resources Planning) que suporta todas as necessidades de informação para a tomada de decisão gerencial baseados em custos, faturamento, recursos humanos, finanças contabilidade dentre outros e os sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), conforme mostrado na Figura3.1.

39 Figura 3.1: Exemplo de estrutura organizacional MES, ERP e SCADA. Os sistemas SCADA são sistemas de supervisão, controle e aquisição de dados. Eles monitoram e coletam dados de vários equipamentos (remotos ou locais) em uma fábrica. Estes dados são também enviados para um computador central, que manipula os mesmos e os disponibiliza segundo a necessidade do usuário. Atualmente eles estão sendo largamente utilizados na indústria, principalmente aquelas cujos processos são geograficamente muito distribuídos. 3.3 Aplicações das Tecnologias de Identificação 3.3.1 Código de barras e código bidimensional A utilização desta tecnologia é facilmente percebida pelo cliente, pois basta olhar para uma embalagem de um produto industrializado que se verifica a existência de uma etiqueta com o código fixada ou até mesmo diretamente impressa em sua superfície. Um sistema de manufatura flexível é caracterizado pelo seu alto nível de automação, pois necessitam da utilização de robôs, equipamentos controlados por CLP (Controlador Lógico Programável), equipamentos controlados por computadores industriais ao longo de uma mesma linha de produção. Tais equipamentos geralmente têm integrado ao seu hardware e software a tecnologia de identificação por código de barras para leitura e identificação (manualmente realizada pelo operador ou automático realizado pelo próprio equipamento) do produto. Os equipamentos necessitam desta identificação, pois como é uma parte de um sistema de manufatura flexível, seus processos variam de acordo com a característica do produto. Um exemplo é a indústria automotiva, onde um mesmo modelo de veículo pode ser pintado na cor conforme solicitado pelo cliente no momento de formulação do pedido de compra. Normalmente o modelo utilizado para integração do código de barras ao sistema de manufatura flexível requer uma arquitetura de informação tecnológica (IT) onde a etiqueta de identificação fixada ao produto tem uma capacidade limitada de informações, não sendo suficiente para que o equipamento consiga diferenciar um produto de outro. Os equipamentos envolvidos