Sistema Logístico de Gestão e Identificação de Fluxo de Materiais em Ambientes Industriais

Relatório Final de Projecto Sistema Logístico de Gestão e Identificação de Fluxo de Materiais em Ambientes Industriais AUTORES Rui Pedro Figueiredo Marques (nº mec. 23083) Tiago Filipe Gaspar de Sousa (nº mec. 19713) ORIENTADOR Prof. Doutor A. Manuel de Oliveira Duarte (Universidade de Aveiro) CO-ORIENTADORES Eng. Alexandre Sousa (Programa Aveiro-Norte) Eng. Alexandre Paulo (Universidade de Aveiro) Eng. Fernando Oliva (Simoldes Plásticos) Departamento de Electrónica e Telecomunicações Universidade de Aveiro Julho de 2005

Resumo Este projecto pretende contribuir para o desenvolvimento de um sistema logístico de identificação, gestão e controlo de fluxos de materiais (matérias primas, produtos em fase de montagem, ferramentas e maquinaria de apoio) para aplicação em ambientes industriais. O projecto foi desenvolvido em parceria pelo Programa Aveiro Norte e o Grupo de Sistemas de Banda Larga do Departamento de Electrónica e Telecomunicações da Universidade de Aveiro, com o intuito de optimizar a identificação, a gestão da utilização e o controlo do fluxo de moldes na Simoldes Plásticos, uma das unidades fabris de injecção de peças de plástico do Grupo Simoldes. O Programa Aveiro-Norte é uma aposta da Universidade de Aveiro para o desenvolvimento sócio-cultural das populações e reforço das potencialidades do tecido produtivo da região Norte do Distrito de Aveiro. Esta iniciativa apoia-se num conjunto de estratégias quer ao nível do reforço da oferta formativa quer ao nível da inovação, desenvolvimento e transferência de tecnologia. Dentro deste contexto, a Logística assume um papel de especial interesse para o Programa Aveiro-Norte, ao ser uma área que se encontra subjacente a todos os processos de uma organização, desde a fase de desenvolvimento do produto, passando pela fase de produção até à distribuição do produto final. A logística hoje em dia representa um factor crucial para a competitividade e viabilidade das organizações. Neste sentido, este projecto pretendeu estudar a aplicação de mecanismos de identificação e de rastreabilidade baseados em tecnologias de rádiofrequência para proceder ao melhoramento da gestão da utilização e controlo de fluxos de materiais num ambiente industrial típico da indústria de injecção de moldes para fabrico de componentes para automóveis, como é o caso da Simoldes Plásticos. 2

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Índice de Conteúdos Resumo...2 1 Introdução...11 2 Enquadramento...13 2.1 Análise de Requisitos...14 2.1.1 Estudo do ambiente industrial em causa...14 2.1.2 Análise de Tarefas...18 2.1.3 Princípios de Usabilidade...19 2.1.4 Objectivos de Usabilidade...20 3 RFID Rádio Frequency Identification...21 3.1 Tecnologias RFID estudadas...23 3.1.1 Série V700 da OMRON...24 3.1.2 SAW RFID tag da RFSAW...25 3.1.3 Moby R da Siemens...27 4 Ferramentas usadas...29 4.1 Equipamento RFID utilizado...30 4.1.1 Etiqueta RFID...31 4.1.2 Antena RFID...31 4.2 Base de Dados...32 4.3.NET...32 4.4 embedded Visual Basic...33 4.5 PDA...33 5 Desenvolvimento do Protótipo...34 5.1 Arquitectura Funcional...34 5.2 Base de Dados...35 5.3 Sistema de Informação...38 5.3.1 Descrição das funcionalidades...40 4

5.3.1.1 Localização de moldes...42 5.3.1.2 Visualização do percurso efectuado por um molde...46 5.3.1.3 Consulta das características de moldes...47 5.3.1.4 Introdução de um novo molde...49 5.3.1.5 Eliminar molde...51 5.3.1.6 Manutenção de moldes...53 5.3.2 Funções de Apoio...57 5.4 PDA...60 5.4.1 Descrição geral das funcionalidades...60 5.4.1.1 Ler a informação contida na etiqueta RFID...60 5.4.1.2 Actualizar a localização do molde na etiqueta RFID e na base de dados 62 5.4.1.3 Escrever numa etiqueta RFID a informação de um molde que ainda não esteja etiquetado...63 5.5 Comunicação entre Tecnologia RFID - Sistema de Informação PDA - Base de Dados...64 5.5.1 Comunicação Equipamentos RFID - PDA - Base de Dados...64 Escrita de informação na etiqueta RFID...66 Leitura de informação na etiqueta RFID...67 5.6 Cenários...70 5.6.1 Informação na Etiqueta RFID...71 5.6.2 Pesquisas...72 5.6.2.1 Localização...72 5.6.2.2 Características...74 5.6.2.3 Manutenção...75 5.6.3 Identificação de um molde...76 5.6.4 Adicionar novo molde...77 5.6.5 Nova localização...78 6 Resultados...80 6.1 Laboratoriais...80 6.2 No ambiente Simoldes Plásticos...81 5

7 Conclusões...82 8 Referências e Bibliografia...83 9 Lista de Siglas e Acrónimos...85 10 Anexos...86 10.1 Anexo A - Cronograma das acções efectuadas...86 10.2 Anexo B - Tabela comparativa das tecnologias RFID estudadas...88 10.3 Anexo B Datasheet da tag V700-D13P31 da OMRON...90 10.4 Anexo C Datasheet da antena V705-HMF01 da OMRON...93 6

Índice de Figuras Figura 1-1 - Simoldes Plásticos...12 Figura 2-1 - Ambiente da unidade fabril da Simoldes Plásticos...15 Figura 2-2 - Fluxograma de movimentos de um molde...17 Figura 3-1 - Equipamento típico RFID...21 Figura 3-2 - Modo de funcionamento da tecnologia RFID...22 Figura 3-3 - Etiqueta RFID da série V700 da OMRON...24 Figura 3-4 - Modo de funcionamento da tecnologia SAW RFID...26 Figura 3-5 - Etiqueta SAW RFID...27 Figura 3-6 - Tecnologia Moby R da Siemens...28 Figura 3-7 - Etiquetas RFID Moby R da Siemens...28 Figura 5-1 - Arquitectura funcional do projecto protótipo...34 Figura 5-2 - Arquitectura da Base de Dados...37 Figura 5-3 - Esquema da tabela actual...38 Figura 5-4 - Página de autenticação...40 Figura 5-5 - Página de boas vindas...41 Figura 5-6 - Página de Pesquisa para localizar moldes...42 Figura 5-7 - Exemplo de uma pesquisa de todos os moldes cujo número começa por R...43 Figura 5-8 - Visualização da localização de um molde no mapa da unidade fabril...44 Figura 5-9 - Exemplo de um resultado cuja pesquisa foi efectuada pela localização do molde...45 Figura 5-10 - Pesquisa de moldes por selecção da zona no mapa...45 Figura 5-11 - Coluna das opções...46 Figura 5-12 - Exemplo do percurso do molde com o número R100...46 Figura 5-13 - Página de pesquisa de moldes por características...48 Figura 5-14 - Exemplo de uma pesquisa de moldes especificando determinadas características...49 7

Figura 5-15 - Mensagem de molde adicionado à base de dados com sucesso.50 Figura 5-16 - Página com as características do novo molde adicionado...51 Figura 5-17 - Página para inserção do número do molde que se pretende eliminar da base de dados...52 Figura 5-18 - Página com as características do molde que se pretende eliminar da base de dados...53 Figura 5-19 - Mensagem para confirmação de eliminação do molde...53 Figura 5-20 - Página com informação acerca da última manutenção efectuada ao molde...54 Figura 5-21 - Exemplo do histórico de um molde...55 Figura 5-22 - Exemplo do relatório de uma sessão de manutenção de um determinado molde...55 Figura 5-23- Exemplo de introdução automática de datas seleccionando o dia no calendário...59 Figura 5-24 - Exemplo do aparecimento de uma mensagem de erro na introdução de uma data inválida...59 Figura 5-25 - Setas para ordenação de tabelas...60 Figura 5-26 - Interface inicial da aplicação do PDA...61 Figura 5-27 - Layout da aplicação do PDA após leitura da tag...61 Figura 5-28 - Visualização das características de um molde no PDA...62 Figura 5-29 - Actualização da localização de um molde no PDA...62 Figura 5-30 - Interface do PDA para escrever informação numa tag...63 Figura 5-31 - Comunicação entre a antena e a etiqueta RFID...64 Figura 5-32 - Esquema ilustrativo da comunicação entre equipamentos RFID..64 Figura 5-33 - Sequência de bytes para a escrita de informação na tag...66 Figura 5-34 - Sequência de bytes para leirtura de informação na tag...67 Figura 5-35 - Diagrama de blocos representativo da comunicação Base de Dados - Equipamentos RFID...69 Figura 5-36 - Conjunto de acções a executar para localizar um molde através do seu número...73 8

Figura 5-37 - Conjunto de acções a executar para localizar um molde através do mapa da unidade fabril...74 Figura 5-38 - Conjunto de acções a executar para visualizar as características de um molde...75 Figura 5-39 - Conjunto de acções a executar para consultar a manutenção de um molde...76 Figura 5-40 - Conjunto de acções a executar para identificar um molde com o PDA...77 Figura 5-41 - Conjunto de acções a executar para adicionar um novo molde...78 Figura 5-42 - Conjunto de acções a executar dar uma nova localização ao molde dentro da unidade fabril...79 9

Indice de Tabelas Tabela 3-1 - Características de frequências usadas em RFID...23 Tabela 3-2 - Tabela de características das etiquetas RFID da série V700 da OMRON...25 Tabela 3-3 - Tabela comparativa das tecnologias estudadas...29 Tabela 4-1 - Características da etiqueta RFID utilizada...31 Tabela 4-2 - Características da antena RFID utilizada...31 Tabela 4-3 - Características do PDA utilizado...33 Tabela 5-1 - Ícones e respectiva função da coluna Opções da tabela de localização...57 Tabela 5-2 - Ícones e respectiva função da coluna Opções da tabela de características...58 Tabela 5-3 - Ícones e respectiva função da coluna Opções da tabela de manutenção...58 Tabela 5-4 - Comandos de comunicação entre tag e antena RFID...65 Tabela 5-5- Distribuição da informação pelas diversas páginas de memória da tag...72 10

1 Introdução Os processos de gestão e controlo de fluxos de materiais (matérias primas, produtos em fase de montagem, produtos acabados, ferramentas e maquinaria de apoio) são componentes cruciais da logística interna das empresas de produção industrial. Da eficácia e eficiência destes processos depende o bom funcionamento das linhas de produção, a saudável gestão dos stocks e a diminuição dos custos de armazenamento, objectivos que sempre norteiam a gestão saudável das empresas. Estes objectivos traduzem-se, essencialmente, na ausência de interrupções de abastecimento aos postos de trabalho e na possibilidade de operação sem stocks excessivos ou em falta de matériasprimas e/ou de produtos manufacturados. Tendo em vista alcançar estes objectivos, várias metodologias e abordagens (just in time, kanban, pull system, etc).foram desenvolvidas nos períodos de maior desenvolvimento industrial do século passado. No entanto, mesmo com o avanço avassalador das novas tecnologias, estas metodologias e abordagens têm-se mostrado válidas e têm permitido que sejam substituídos os processos manuais de implementação pelos processos automatizados apoiados por plataformas telemáticas. Deste modo foi-nos proposto que este projecto pretendesse contribuir para o desenvolvimento de um sistema logístico de identificação, gestão e controlo de fluxos de materiais para aplicação em ambientes industriais tendo como referência a natureza dos processos e actividades associadas a indústrias da área dos moldes e dos componentes para automóveis, mais especificamente para um grupo empresarial do distrito de Aveiro Simoldes Plásticos. 11

Figura 1-1 - Simoldes Plásticos O projecto teve em vista estudar a aplicação de mecanismos de identificação e rastreio baseados em tecnologias de rádio-frequência (RFID) para a saudável monitorização do fluxo físico de entradas e saídas de moldes nas diversas unidades fabris do Grupo Simoldes e para que o sistema tenha a capacidade de identificar a origem de um problema de um produto ou material e a identificação de todos os pontos de registo de passagem desse produto até à sua localização final. O sistema de identificação terá a si associada uma rede de comunicação que transportará a informação recolhida a uma base de dados a desenvolver para o efeito, a qual incorporará a inteligência necessária à implementação das estratégias de gestão a adoptar. É pretendido que seja ainda desenvolvido também uma interface que permita essa mesma gestão em tempo real e com serviço na Web. 12

2 Enquadramento O primeiro passo para o início do desenvolvimento do projecto foi o levantamento e análise de todos requisitos relevantes para a definição das funcionalidades do sistema. Nesta primeira fase, procedeu-se ao estudo e análise do ambiente industrial em causa, levantando todos os aspectos relevantes para o desenvolvimento do projecto, assim como as condições adversas que poderão ser obstáculos para a viabilidade do projecto. Foi também efectuado um levantamento das diferentes tecnologias de identificação existentes no mercado e que nos oferecem soluções plausíveis para o problema em causa. Com a diversidade de tecnologias recolhidas e estudadas foi escolhida aquela que melhor se enquadra e satisfaz de forma mais satisfatória as necessidades do projecto Em seguida, foi feita uma análise de tarefas, ou seja, foram estudadas quais as tarefas e funcionalidades importantes e de maior relevo para o projecto. Definimos quais as capacidades e as limitações da plataforma e definimos as principais metas de usabilidade a atingir, em termos qualitativos e quantitativos, ou seja, a definição dos requisitos de usabilidade tendo em conta os perfis dos utilizadores e a análise contextual da tarefa, bem como a definição dos critérios de satisfação mínima aceitável baseados nos objectivos qualitativos de maior prioridade. Depois da análise de requisitos, foi iniciado o desenvolvimento do sistema de informação tendo em conta os objectivos de usabilidade definidos. Nesta fase de desenvolvimento foi criada a base de dados de acordo com as necessidades e foi proposto o modelo conceptual da interface de utilizador identificando os principais displays e definindo regras coerentes de apresentação e a organização funcional de alto nível da interface de utilizador. Numa fase posterior, foram desenvolvidos também todos os detalhes do design tendo em conta o tipo de máquina e a interface a utilizar na 13

implementação do projecto, seleccionámos sub-funções de funções e funcionalidades e finalmente desenvolvemos o design detalhado da interface completa. Ao longo desta fase de desenvolvimento tivemos sempre o cuidado de fazer por diversas vezes, e em situações distintas, uma avaliação informal de usabilidade da interface desenvolvida até ao momento, com o objectivo de detectar erros e falhas e deste modo refinar e validar a robustez da interface. Todo o equipamento RFID foi estudado com detalhe e foram desenvolvidos os módulos de leitura e escrita entre a antena e a etiqueta RFID. Foram, de seguida, definidas quais as funcionalidades, e qual modelo conceptual das aplicações desenvolvidas para a unidade de leitura e escrita portátil (PDA), que servirá de interface entre o utilizador e o equipamento RFID. Finalmente, foi feita a integração total do projecto com todos os módulos desenvolvidos: base de dados, aplicação Web, PDA e equipamentos RFID. 2.1 Análise de Requisitos A análise de requisitos inclui várias fases, sendo descritas as fundamentais neste trabalho: o estudo do ambiente industrial em causa fazendo o levantamento das condições adversas que ele traz ao desenvolvimento ao projecto; a análise de tarefas; tendo em conta os resultados das fases anteriores, a definição dos principais objectivos de usabilidade. 2.1.1 Estudo do ambiente industrial em causa Na primeira visita feita à Simoldes Plásticos procurou-se fazer o levantamento de todo o ambiente industrial presente nesta unidade fabril, nomeadamente a forma como os moldes estão dispostos e distribuídos ao longo de toda a fábrica e todas as condições adversas que podem causar dificuldades à implementação do sistema. Um dos factores críticos deste tipo de ambiente industrial é a constituição física de um molde. Este é composto por duas partes metálicas em aço que encaixam uma na outra. As dimensões destes moldes são frequentemente 14

grandes e com grande tonelagem, como se pode observar na figura seguinte. Além disto, estão sujeitos a temperaturas que podem ir até aos 70ºC quando estão em produção devido à temperatura com que o plástico é injectado no interior do molde. Outro aspecto a ter em conta é que choques mecânicos podem ocorrer durante a movimentação do molde e durante a sua colocação e encaixe na máquina injectora. Figura 2-1 - Ambiente da unidade fabril da Simoldes Plásticos Observou-se que os moldes existentes na fábrica não são sempre armazenados numa área específica. É frequente ver moldes distribuídos de forma aleatória por toda a unidade fabril, ou seja, quando um molde termina o seu ciclo de produção é colocado numa qualquer área com espaço disponível. 15

A deslocação de um molde pode ser motivada por (ver fluxograma Figura 2-2): Saída da produção para armazenamento ou manutenção; Saída do armazenamento para produção ou manutenção; Saída da manutenção para produção ou armazenamento.; Saída do molde para outra unidade fabril. A ida à manutenção pode ter origem em duas situações distintas: o molde ultrapassou o limite das horas de trabalho (tipicamente 1000 horas) e necessita de uma manutenção preventiva ou sofre de um problema técnico/mecânico que o impossibilita de produzir peças correctamente. Neste último caso necessita de um manutenção curativa. 16

Figura 2-2 - Fluxograma de movimentos de um molde 17

2.1.2 Análise de Tarefas Depois de efectuado um estudo, verificámos quais as necessidades que tinham que ser resolvidas com a implementação deste projecto, e elaborámos, deste modo, uma lista de operações que este sistema teria que ser capaz de executar, e para cada uma delas a respectiva análise de tarefas. As operações prioritárias a realizar com o sistema são: Localização dos moldes Os utilizadores devem ter a informação da localização física actual de todos os moldes, podendo fazer a pesquisa de diversos modos, dependendo do tipo de informação que conhecem do molde que procuram. Acesso à informação sobre os moldes Nesta situação os utilizadores quando pesquisam um determinado molde devem poder ter acesso a toda a informação, tal como, o seu número, nome, referência, fabricante, cliente, dimensões, peso, data de aquisição e data da última manutenção. Gestão do fluxo dos moldes É necessário que seja possível consultar os percursos efectuados pelos moldes, assim como deverá ser possível alterar a sua posição, caso haja uma eventual falha dos equipamentos. Introdução e eliminação de moldes É essencial puder acrescentar novos moldes que dêem entrada na empresa, assim como eliminar aqueles que já não são utilizados. Recepção de Alertas É importante que os utilizadores sejam alertados quando os moldes ultrapassam mais de mil horas de trabalho, para que lhes seja feita uma manutenção preventiva. 18

Edição de informação Deve ser possível alterar e corrigir as características associadas aos moldes, assim como fazer um registo de todas as operações realizadas durante as sessões de manutenção curativa ou preventiva de cada um dos moldes. 2.1.3 Princípios de Usabilidade Os princípios de usabilidade que considerámos mais importantes para o desenvolvimento desta interface foram os seguintes: Coerência Tentar obter uniformidade, ao longo de toda a interface, ao nível da cor, tipo de letra, organização espacial e conceptual. Familiaridade Tornar certos aspectos semelhantes e coerentes com a realidade. Simplicidade Fornecer as funcionalidades ao utilizador de uma forma que ele perceba facilmente. Flexibilidade Facultar alternativas, para que o utilizador tenha possibilidade de optar pela que mais lhe convier. Feedback Manter o utilizador sempre informado da sua localização dentro da interface e de todas as opções que lhe são facultadas em todos os momentos. Protecção Pedir confirmação antes de efectuar as operações mais importantes (por ex., ao eliminar um molde). 19

2.1.4 Objectivos de Usabilidade Como os utilizadores usarão frequentemente a nossa aplicação, já que determinadas operações poderão ser efectuadas diariamente (por vezes até mais que uma vez por dia), outras com um intervalo maior, os principais objectivos de usabilidade serão a facilidade de aprendizagem, mas principalmente, a facilidade de utilização. A aplicação deverá permitir que o utilizador consiga realizar as tarefas de uma forma rápida e eficaz. Por último, a satisfação de todos os utilizadores será o resultado do grau de cumprimento dos objectivos referidos, mas também do aspecto gráfico da interface. 20

3 RFID Rádio Frequency Identification Radio Frequency Identification (RFID) é uma tecnologia que utiliza ondas de rádio para automaticamente identificar objectos. Figura 3-1 - Equipamento típico RFID A tecnologia RFID baseia-se em radio-frequência (Rádio Frequency Identification) para estabelecer um ligação entre duas entidades: uma unidade de leitura/escrita e uma etiqueta (tag). A quantidade de informação contida nessa tag pode ser simplesmente um código com tipicamente um centena de bits (único para cada tag e sem possibilidade de escrita de nova informação) ou então andar na ordem de grandeza dos kilobits e permitir tanto a leitura como a escrita ou actualização dessa informação. Existem dois tipos distintos de tags: as passivas e as activas. As passivas caracterizam-se por não necessitarem de alimentação externa (toda a energia necessária para o funcionamento da tag é extraída da onda electromagnética emitida pela unidade de leitura/escrita). Devido a isto, as distâncias de leitura são curtas e tipicamente da ordem dos centímetros. Por outro lado, as tags activas tem como principal características o uso de uma alimentação externa (bateria), o que aumenta de forma substancial o alcance da comunicação. 21

A utilização do canal de radio-frequência como meio propagador de informação apresenta vantagens notáveis, de entre as quais se destacam: Não há necessidade de linha de vista para efectuar uma leitura/escrita Comunicação entre as unidade é feita sem haver contacto físico entre a antena RFID e a tag As técnicas de modulação/codificação de radio-frequência permitem operações com poucos erros e elevados índices de fiabilidade O material que serve de encapsulamento é resistente e duradouro (normalmente plástico) Figura 3-2 - Modo de funcionamento da tecnologia RFID Estas vantagens combinadas com a grande quantidade de informação a que se pode associar à tag (guardando a informação directamente na tag ou associando a tag a uma base de dados), permitem obter uma etiqueta fiável, resistente, adaptável a vários cenários, praticamente imune às condições adversas, dentro de certos limites, de um ambiente industrial (sujidade, variações extremas de temperatura e humidade, choques mecânicos, etc.). A escolha da frequência de operação depende essencialmente do ambiente e utilização que a tag vai sofrer. A Tabela 3-1 mostra as características associadas ao uso de algumas frequências: 22

Baixas frequências (ex. 125 khz) Frequências Médias (ex. 12.56 MHz) Altas Frequências UHF (ex. 800-900 MHz) Muito Altas Frequências (ex. 2.45 GHz) Alcance Menos de um metro Até 1.5 metros Até 4 metros Dezenas de metros Permeabilidade das ondas de rádio em materiais Tolerante à presença de metal e capaz de atravessar alguns materiais não ferrosos Ondas capazes de atravessar a maior parte de materiais não metálicos Não opera bem em ambientes húmidos Problemas ligados à reflexão das ondas mesmo através dos vidros Velocidade de transferência de dados Velocidade baixa Melhor relação velocidade/cust o Melhor relação velocidade/cust o Velocidade de transferência alta Benefícios Frequência aceite e usada globalmente Frequência aceite e usada globalmente Uso comercial a crescer rapidamente Para rastreamento de longo alcance Aplicação mais comum Identificação de animais; Rastreio de barris de cerveja; Livros de biblioteca; Rastreio de paletes; Controlo de acesso; Bagagens para avião Rastreio de paletes/contento res/camiões Tabela 3-1 - Características de frequências usadas em RFID Controlo de acesso 3.1 Tecnologias RFID estudadas Efectuou-se o estudo detalhado das seguintes tecnologias RFID: Série V700 da OMRON SAW RFID tag da RFSAW Moby R da Siemens 23

3.1.1 Série V700 da OMRON Das tags pertencentes a esta série destacam-se as seguintes características: Formato semelhante a um moeda (ver Figura 3-3), altamente resistentes ao calor e capazes de guardar durante 200 horas a informação sendo submetidas a uma temperatura extrema de 180º C. Extremamente resistentes mecanicamente Facilidade de colocação devido às suas reduzidas dimensões Distância máxima de leitura: 25 mm Figura 3-3 - Etiqueta RFID da série V700 da OMRON De seguida apresenta-se uma tabela (Tabela 3-2) com todas a características técnicas destas etiquetas RFID: 24

Tabela 3-2 - Tabela de características das etiquetas RFID da série V700 da OMRON 3.1.2 SAW RFID tag da RFSAW Este tipo de tags não usa a tecnologia normal associada às tags RFID. A tecnologia SAW (Surface Acoustic Waves) está actualmente a revelarse uma área promissora no âmbito do RFID. Isto deve-se ao facto de os conceitos físicos usados para fazer a leitura da informação da tag permitirem devolver muitos outros dados. Esta tecnologia baseia-se na transformação de ondas electromagnéticas em ondas sonoras e vice-versa. Abaixo encontra-se um esquema que demonstra o modo de funcionamento. 25

Figura 3-4 - Modo de funcionamento da tecnologia SAW RFID A emissão de um impulso electromagnético actua no transdutor (IDT) que converte esse impulso numa onda sonora. Essa onda sonora, ao percorrer o seu trajecto, vai embater em reflectores de onda que estão espaçados de forma única para cada tag. Esta reflexão vai enviar a onda sonora novamente para o IDT, onde é convertida num impulso electromagnético. A sucessão de impulsos electromagnéticos assim emitidos obedece à forma única como os reflectores estão colocados na tag. Assim obtêm-se um sinal de rádio único que identifica a etiqueta. O factor mais marcante nestas etiquetas, é que se torna possível medir certos parâmetros mediante tratamento matemático do sinal recebido, nomeadamente: Detecção da distância, direcção do movimento e velocidade da tag; Medição da temperatura a que se encontra a tag. Para além destas, esta tag apresenta ainda as seguintes características: Elevada resistência mecânica e térmica Distância de leitura até 10 metros Dimensões reduzidas (ver Figura 3-5) 26

Figura 3-5 - Etiqueta SAW RFID 3.1.3 Moby R da Siemens A Siemens apresenta também uma variada gama de tecnologia RFID. A Moby R distingue-se das outras pois fornece um alcance de leitura da ordem das centenas de metros. Este tipo de sistema é adequado quando se pretende que um determinado item seja localizado automaticamente. Baseia-se em tags activas que emitem periodicamente um sinal que é detectado por várias antenas. Depois de feita a triangulação do sinal recebido, é possível detectar, com um erro de 3 metros, a localização do objecto (ver Figura 3-6). 27

Figura 3-6 - Tecnologia Moby R da Siemens As tags da Moby R apresentam as seguintes características: Dimensões da ordem de uma caixa de fósforos (ver Figura 3-7) Necessidade de uma bateria, que tem uma duração da ordem de meses Figura 3-7 - Etiquetas RFID Moby R da Siemens 28

A seguinte tabela comparativa (Tabela 3-3) permite visualizar as diferenças fundamentais entre as tecnologias estudadas: Tabela 3-3 - Tabela comparativa das tecnologias estudadas A escolha da etiqueta para este projecto recaiu sobre a série V700 da OMRON devido à possibilidade de escrever informação da tag (pode ser actualizada/reutilizada), à sua resistência e também por a sua frequência de funcionamento ser baixa, o que permite o seu uso no ambiente de moldes da Simoldes Plásticos. 4 Ferramentas usadas Para a realização deste projecto usaram-se as seguintes ferramentas: Equipamentos RFID o Etiqueta RFID: V700-D13P31 da OMRON o Antena RFID: V705-HMF01 da OMRON Microsoft Visual Studio.NET 2003 (Microsoft Visual C#) embedded Visual Basic 3.0 Microsoft SQL Server 2000 Microsoft IIS Web Server O sistema de informação com interface Web foi totalmente desenvolvido usando o ambiente Microsoft Visual C#. Este sistema corre num IIS Web Server e acede a uma base de dados SQL. Para o desenvolvimento da aplicação para o PDA, usaram-se as linguagens C# e embedded Visual Basic (VB). 29

4.1 Equipamento RFID utilizado Do estudo feito anteriormente das tecnologias RFID, foram considerados vários parâmetros para a escolha dos equipamentos a utilizar no sistema protótipo. Esses parâmetros são: A temperatura máxima de funcionamento da tag Este é um critério fundamental pois os moldes podem atingir temperaturas da ordem dos 70º C devido às altas temperaturas do plástico aquando da sua injecção. Distância de transmissão máxima Para que haja uma futura decisão do tipo de unidades de leitura/escrita a utilizar (portáteis ou fixas), tivemos sempre em conta quais as distâncias máximas de transmissão de cada uma das tags pesquisadas. Possibilidade de escrita na tag Para além da leitura, a possibilidade de escrever informação na tag pode ser vantajosa em algumas situações, nomeadamente a existência de redundância de informação na tag e base de dados, de modo a facilitar a recuperação de informação numa eventual falha do sistema. Tags activas ou passivas Este foi outro critério de análise das tags, pois reflecte a complexidade e custo do sistema final, já que as tags activas são mais caras e volumosas que as tags passivas, no entanto têm a vantagem da sua distância de transmissão máxima ser muito superior à das tags passivas. 30

Por todos este motivos foram escolhidos os seguintes equipamentos RFID: série V700 da OMRON. 4.1.1 Etiqueta RFID A tag usada foi a V700-D13P31 da OMRON, cujas características estão patentes na tabela seguinte (Tabela 4-1): Frequência de operação 125 KHz Tipo de memória EEPROM Capacidade de memória 112 bytes Tempo de retenção de dados 10 anos Número de ciclos de escrita 100 000 por endereço Temperatura de funcionamento -20 a 70ºC Material Resina PPS Peso Aproximadamente 2 gramas Tabela 4-1 - Características da etiqueta RFID utilizada 4.1.2 Antena RFID A antena RFID usada foi a V705-HMF01 da OMRON, cujas características são apresentadas de seguida: Dimensões Tipo de montagem Alimentação Frequência de funcionamento Alcance de comunicação 59,4x52x12 mm Inserção numa slot CF (TYPE II) 3,3 VDC com consumo médio de 80 ma 125 KHz 20 mm Temperatura de funcionamento 0 a 50ºC Peso Aproximadamente 25 gramas Tabela 4-2 - Características da antena RFID utilizada 31

4.2 Base de Dados A base de dados utilizada foi o SQL Server 2000. O SQL (Structed Query Language) não oferece só uma forma fiável de armazenar de forma persistente dados, mas também funcionalidades de pesquisa e actualização rápidas e simples sobre a informação. Mediante o uso de comandos é possível executar poderosas pesquisas em bases de dados extensas, o que simplifica bastante o projecto de aplicações que operem com SQL. A parte crítica de dispor de um acesso rápido aos dados pretendidos fica ao cargo do SQL Server, e o papel da aplicação desenvolvida resume-se ao envio de comandos de pesquisa ou introdução/actualização de novos dados. Além disto, o facto de ser um sistema de rede permite que qualquer máquina remotamente possa ter acesso ao servidor, aproveitando assim a potencialidades tecnológicas de um mundo global virado para a Internet. 4.3.NET O ambiente Microsoft Visual Studio.NET é uma poderosa ferramenta de programação que permite que a programação de aplicações para dispositivos tão diversos (como uma página HTML, uma aplicação EXE ou um programa que opere num telemóvel/pda) seja possível sem ter que conhecer pormenorizadamente a arquitectura de cada um deles. Assim é possível obter uma abstracção ao nível do hardware e usar comandos e objectos que são possíveis de usar em qualquer suporte mediante alterações mínimas da programação realizada. A linguagem usada foi o C#, pois junta as funcionalidades da programação orientada por objectos com classes às facilidades gráficas na criação da interface para o utilizador. A quase totalidade do projecto (desenvolvimento do Sistema de Informação, páginas da Web e aplicações para o PDA) foi feita usando.net. 32

4.4 embedded Visual Basic O uso desta ferramenta deveu-se ao facto de as bibliotecas que contêm as funções de acesso à antena RFID estarem desenvolvidas nesta linguagem. Esta versão do Visual Basic é baseada na sua versão não embedded e foi desenvolvida para permitir a programação de dispositivos Pocket PC. Permite de forma rápida e intuitiva o desenvolvimento de software para estas plataformas. 4.5 PDA A unidade de escrita/leitura portátil consiste num PDA HP ipaq hx 2410 que tem uma slot de expansão Compact Flash II, compatível com a antena. Abaixo encontra-se uma tabela (Tabela 4-3) com as suas principais características: Sistema operativo Processador Memória Slots de expansão Dimensões Peso Tecnologias sem fios Dispositivos apontadores Microsoft Windows Mobile Second Edition Intel PXA270@520MHz 128 MB (64MB ROM e 64MB SDRAM) Compact Flash II (CF) e Secure Digital (SDIO) 77 x 16 x 119 mm 164 g Wi-Fi (802.11b), Bluetooth e Infravermelhos Ecrã táctil e caneta Temperatura de operação 0 a 40ºC Funcionalidades ergonómicas 4 botões programáveis Tabela 4-3 - Características do PDA utilizado 33

5 Desenvolvimento do Protótipo 5.1 Arquitectura Funcional O projecto protótipo assenta numa arquitectura constituída por um sistema de gestão que associa uma base de dados a uma aplicação Web. Este sistema de gestão pode ser acedido remotamente através da Internet por utilizadores possuidores de login e password válidos. A informação que reside na base de dados é actualizada por um sistema que integra a tecnologia RFID implementado na unidade fabril da Simoldes Plásticos, através de uma rede de comunicação Wireless existente na referida unidade. Figura 5-1 - Arquitectura funcional do projecto protótipo Este sistema que integra a tecnologia RFID consiste basicamente na comunicação entre uma etiqueta e uma antena RFID. 34