Porque é que a Fábrica Digital está agora ao alcance de todos

Para passar à Indústria 4.0 e a uma Fábrica Digital, você precisa fazer a ponte entre os ativos industriais, as pessoas e os processos de trabalho. E para fazer a ponte entre tudo isso, você precisa de uma forte coleta de dados, integração e trabalho em rede. Tudo deve estar interligado e interoperável.

O chão de fábrica e o mundo do software de negócios devem estar intimamente ligados, mas o desenvolvimento de uma solução de integração entre eles tem sido tradicionalmente associado a custos elevados.

A CB Digital Factory pode fazer da construção de uma solução de integração personalizada uma possibilidade para os pequenos e médios fabricantes que requerem uma solução flexível e fiável, com preços atractivos e imbatíveis.

Quando foi a última vez que compraste algo a um artesão?

Embora estes artesãos especializados só tenham como alvo o segmento de mercado de baixo volume e alto custo nos dias de hoje, este foi o único tipo de fabricação que existiu durante a maior parte da história da humanidade.

Desenvolvimentos tecnológicos no final dos 18^th século permitiu que a humanidade aproveitasse vapor poder. Isto levou a um enorme aumento na produtividade dos trabalhadores à medida que a produção se afastou dos métodos de produção manual para a produção mecânica.

Perto do final dos 19^th século, outra força de transformação entrou em jogo. O uso generalizado de eletricidade em fábricas permitiu que a verdadeira produção em massa surgisse como uma opção viável. As máquinas podiam trabalhar 24 horas por dia, sem pausas.

A última metade dos 20^th século assistiu ao início do informática e a ascensão da robótica industrial. Isto permitiu que os processos de produção repetitivos fossem automatizados e monitorados remotamente, aumentando a produção e, o mais importante, a qualidade da produção - as máquinas poderiam realizar a mesma tarefa repetidamente com uma precisão incrível. Seguindo estas três transformações tecnológicas anteriores, estamos agora à beira de outra revolução industrial, comumente conhecida como Indústria 4.0, a nova palavra-chave no mundo da manufatura.

Pergunte a quem você conhece sobre a Indústria 4.0, e você terá muitos termos atirados a você: Fábricas Inteligentes, Grandes Dados, Nuvem, IA, IIoT, Sistemas Ciber-Físicos, Sensores Inteligentes, Blockchain, etc. Mas estas tecnologias (e eu estou apenas tocando a ponta do iceberg) não fazem parte do Industry 4.0 e devem ser consideradas apenas capacitadores - um meio para um fim.

Em um sentido muito amplo, a Indústria 4.0 é a transformação intensiva de informação da manufatura (e indústrias relacionadas) em um ambiente conectado de ativos industriais, processos, sistemas e pessoas, alavancando a geração e o uso de grandes quantidades de dados em insights acionáveis. A Industry 4.0 promete fábricas digitais com maior produtividade, eficiência, flexibilidade e uma abordagem mais dinâmica da produção. Todas estas vantagens da Fábrica Digital (e muitas outras que não estou mencionando) levam a um alto ROI e a uma maior rentabilidade futura.

No entanto, não é ‘algo’ que se alcança da noite para o dia, e as empresas não devem esforçar-se por implementar todas as tecnologias de uma só vez. Para avançar para a produção inteligente, fábricas inteligentes ou indústrias conectadas, primeiro é necessário estabelecer uma ponte entre elementos como ativos industriais, pessoas e processos de trabalho. E para estabelecer essa ponte, é necessário um forte trabalho de recolha, integração e ligação em rede de dados. Tudo deve estar interligado e ser interoperável. As informações de todas as fontes devem ser unificadas e holísticas.

Por enquanto, vamos nos afastar um pouco da Indústria 4.0 para oferecer uma visão geral sobre a automação em uma fábrica. No chão de fábrica, a maioria das máquinas é controlada por um PLC, ou Controlador Lógico Programável. Trata-se de computadores industriais que foram reforçados para suportar as condições adversas frequentemente encontradas no chão de fábrica e são usados para controlar processos de fabricação, como linhas de montagem, funcionamento de máquinas ou dispositivos robóticos. Os PLCs geralmente consistem em uma fonte de alimentação, CPU, módulo de entrada/saída e módulo de comunicação. Os PLCs capturam dados do chão de fábrica monitorando as entradas dos sensores e outros dispositivos de campo aos quais estão conectados. A CPU então executa a lógica do programa criado pelo utilizador e envia dados ou comandos para as máquinas e atuadores aos quais está conectada.

Fieldbus é uma rede industrial especificamente concebida para a comunicação entre PLCs ou controladores industriais e os sensores e actuadores montados em campo. O Fieldbus é projetado para substituir a fiação ponto a ponto que conecta cada sensor e atuador à E/S do controlador.

Podemos dividir as redes de controle industrial em três gerações distintas com diferentes níveis de compatibilidade:

• A primeira geração consiste em protocolos tradicionais de Fieldbus baseados em série. Alguns exemplos de Fieldbus conhecidos baseados em serial são Modbus RTU, PROFIBUS, e CAN.
• A segunda geração é composta pelos protocolos baseados em Ethernet. Exemplos de protocolos baseados em Ethernet são MODBUS TCP, ETHERNET/IP, e PROFINET.
• A última geração começou a incorporar tecnologias de comunicação sem fio.

Ao ter uma seleção diversificada de protocolos disponíveis, você pode escolher o que melhor se adapta às suas necessidades. Você pode escolher um Fieldbus para uma tarefa específica, devido ao seu preço mais baixo e menor complexidade. No entanto, os diferentes tipos de os protocolos de comunicação industrial geralmente não são compatíveis entre si. Isto significa que os dispositivos em uma rede devem todos usar o mesmo tipo de protocolo de comunicação.

Em 1995, um grupo industrial independente do fornecedor, o Fundação OPC apresentou o padrão OPC para ajudar a enfrentar este desafio. O padrão OPC foi projetado para fornecer um método comum para a comunicação entre dispositivos de campo e aplicações de software.

O software OPC Server fala com o PLC ou dispositivo de campo sobre seu protocolo de comunicação nativo e converte essa mensagem para formatos padronizados definidos pelas especificações OPC independentes do fornecedor, que podem então ser lidos por qualquer cliente OPC. Um OPC Server pode ser visto como uma aplicação de software que converte diferentes protocolos de dispositivos em uma linguagem comum que qualquer aplicação cliente que precise de dados pode entender.

Muitas fábricas terão diferentes equipamentos de fabricação, usando diferentes protocolos. É aqui que reside a maior força do OPC: Em uma indústria cheia de sistemas e protocolos proprietários, OPC é a forma padrão acordada para a comunicação entre sistemas diferentes. Ele transforma todos esses diferentes protocolos em uma única linha de comunicação, tornando-a segura e remotamente acessível.

Por exemplo, suponha que uma aplicação cliente OPC deseje obter informações de um determinado PLC. O servidor OPC comunica-se com um PLC usando o protocolo Modbus. Nesse caso, o servidor OPC solicitará ao PLC endereços de memória específicos que contenham os dados necessários ao servidor OPC. Isso é feito usando o protocolo Modbus. O PLC também fornece todas as respostas ao servidor OPC usando o Modbus. Desta forma, o servidor OPC pode ler e gravar dados no PLC usando o Modbus. O servidor OPC então converte os dados que recupera do PLC (usando o Modbus) para o “formato” OPC e envia os dados para um aplicativo cliente OPC. Qualquer aplicativo cliente OPC pode recuperar dados do servidor OPC sem precisar saber nada sobre o PLC ou seu protocolo de automação.

Atualmente, quando falamos de OPC, estamos nos referindo à OPC UA ou Open Platform Communications United Architecture. Este framework foi lançado em 2008 e se baseia no sucesso do OPC Classic por ser funcionalmente equivalente ao OPC Classic, mas capaz de muito mais. OPC UA tem uma arquitetura orientada a serviços, na qual os servidores, conhecidos como provedores de dados, expõem seu modelo de informação, e os clientes, conhecidos como consumidores de dados, consomem a informação exposta pelo servidor e podem ser usados em várias plataformas diferentes (Linux, Windows, Android, etc).

Durante o desenvolvimento do padrão OPC UA, o mais alto grau de segurança foi considerado desde o início. Ao contrário do OPC Classic, o OPC UA foi desenvolvido para ser “compatível com firewall”, ou seja, pode ser controlado e comandado através de técnicas de rede padrão.

O OPC UA não oferece apenas os mecanismos comuns de TI para autenticação, assinatura e acesso criptografado. Protocolos adicionais podem estender a camada de transporte real a qualquer momento. Quando uma solicitação é recebida para se conectar a um servidor, o servidor valida a solicitação, descriptografa-a e valida o seu certificado. Depois que uma solicitação válida de autenticação ou autorização é recebida e decodificada, a próxima etapa é determinar se o servidor deve aceitar a conexão desse dispositivo ou permitir o acesso a esse utilizador.

Isso não quer dizer que o OPC UA seja “melhor” do que o EtherNet/IP, ProfiNet ou Modbus TCP. Para transferir dados IO em uma máquina, esses protocolos oferecem a combinação certa de transportes, funcionalidade e simplicidade que permitem o controle da máquina com um I/O em rede. São tecnologias muito boas para o nível de controle da máquina na hierarquia de automação. Ainda assim, para transferir informações do campo para o software empresarial, o OPC UA é a melhor escolha. Ele aumenta a produtividade, melhora a qualidade e reduz custos, fornecendo não apenas mais dados, mas também informações — e o tipo certo de informações — para os sistemas de produção, manutenção e TI.

Outro grande desafio para a implementação em escala real da Industry 4.0 é a barreira do legado. Isso se deve ao fato de que os dispositivos projetados para automação, principalmente PLCs, devem ter uma vida útil de décadas, por isso os avanços de tecnologias inovadoras como as trazidas pela Industry 4.0, atingem o legado de instalações já existentes. Como é evidente, os investimentos associados à modernização de entidades de software e hardware são um sério obstáculo.

A maioria das empresas recusa uma modernização radical de todo o seu sistema de automação ou simplesmente não pode correr o risco de abandonar um sistema em funcionamento. Ao invés de mudar todo o sistema, é necessário ampliar as capacidades da infra-estrutura de hardware que está em uso para implementar formas modernas de gerenciamento de informações. Devido à operação em rede, na Indústria 4.0, as máquinas e equipamentos devem ser dotados de mecanismos de compartilhamento de dados. Em outras palavras, a conectividade é uma característica chave para o legado das infra-estruturas já existentes; portanto, uma primeira etapa a ser preparada para a Indústria 4.0 consiste em adicionar conectividade de rede aos dispositivos atuais.

Com o uso de Servidores OPC UA, quer integrados num dispositivo ou como software autônomo, o número de marcas e dispositivos que podem ser interconectados inclui a maior parte do hardware no campo, para quase todas as indústrias. Mesmo os PLCs que comunicam através de fieldbus seriais podem ser conectados a um servidor OPC UA através de software de gateway de servidor ou dispositivos gateways. Isto significa que as empresas podem dar seus primeiros passos na Indústria 4.0 com investimentos mínimos em muitos casos.

Como eu disse anteriormente, os fabricantes precisam acessar facilmente os dados de seus processos de produção para aproveitar plenamente a indústria 4.0. Impulsionados pela necessidade de identificar, analisar e otimizar dados industriais, muitos fabricantes estão considerando (ou já adotaram) uma plataforma IIoT para alavancar o poder de Machine Learning, AI e Grandes Descobertas de Dados.

Uma plataforma IIoT agrega dados em tempo real de hardware, sistemas de software, sensores e outros pontos de dados em um ambiente centralizado, que normalmente pode ser acessado por um amplo grupo de usuários. Ela faz a ponte entre sistemas, pessoas e máquinas, puxando esses dados para um sistema centralizado, seja no local, na borda ou na nuvem.

É claro que isso ainda requer um planeamento cuidadoso e nem todas as plataformas IIoT são iguais. Não basta apenas conectar todos os seus PLCs a um servidor OPC UA. Se não souber quais dados deseja obter, como deseja conectar e usar esses dados e como lidar com o comissionamento e descomissionamento de dispositivos novos ou existentes, o seu projeto Indústria 4.0 terminará como todos os outros.

As empresas são convencidas por vendedores persuasivos a investir milhares e milhares de dólares em software que lê dados de máquinas e, em seguida, apresenta as informações em painéis que podem ser verificados por toda a empresa. Por alguns meses, até um ou dois anos, isso funciona bem. Mas então você compra uma nova máquina e ninguém sabe como conectá-la a esse novo sistema. Ou uma peça deixa de ser produzida e a linha de produção é ligeiramente alterada para atender a uma necessidade diferente. Ou você compra um novo software de fabricação e ele não se comunica com o sistema. A manutenção provavelmente poderia ajudar, mas eles estão sobrecarregados com outras coisas para fazer e não têm tempo para reconfigurar tudo corretamente. O departamento de TI é o mesmo. Aos poucos, esse software deixa de ser usado e provavelmente permanecerá assim até que alguém se lembre que ele existe e encarregue um estagiário de fazer com que toda a fábrica volte a usá-lo. E assim, a Indústria 4.0 foi esquecida.

Testar as primeiras aplicações potenciais das plataformas IIoT na sua empresa não deve exigir uma longa preparação ou um grande investimento inicial. Há vários anos, alguns dos principais fornecedores industriais tentaram construir plataformas de uso geral. Depois de gastar centenas de milhões de dólares, elas foram drasticamente reduzidas para cenários limitados e com finalidades “especiais”, ou totalmente encerradas. Elas nunca tiveram hipótese. Afinal, mesmo os concorrentes do mesmo setor podem ter conjuntos de requisitos, restrições e objetivos completamente diferentes. Imagine tentar fornecer todas essas coisas em todos os setores.

Não se esqueça de que cada gestor de instalações, fabricante de equipamentos e operador de serviços tem como objetivo específico fornecer produtos e serviços exclusivos, otimizar os seus próprios processos internos e impulsionar novos modelos de negócios que sejam defensáveis e diferenciados dos concorrentes diretos. Como pode vencer se está preso às mesmas capacidades e limitações que todos os outros? Você decide procurar um cavalo mais rápido. Eu digo que precisa parar de procurar um cavalo mais rápido. É hora de construir o seu carro voador.

Estes são os problemas que tentamos resolver no Connecting Software. Nosso mundo é um lugar onde sistemas e aplicações podem se comunicar em uma única língua universal. Um mundo em que os dados estão sempre disponíveis, independentemente da sua origem ou destino, forma ou finalidade. Neste mundo, a interoperabilidade não é apenas uma palavra-chave, mas uma realidade unificada e quotidiana. Nós nos esforçamos para construir um universo que permita aos desenvolvedores integrar dados de qualquer fonte de forma perfeita para fornecer aos usuários finais o melhor conhecimento possível.

E foi exatamente isso que conseguimos com o Connect Bridge, a nossa poderosa plataforma de integração de software. Ao usar o Connect Bridge e as nossas mais de 400 conectividades com as aplicações industriais e comerciais mais populares e difundidas, os programadores podem conectar-se com segurança a uma ampla gama de software comercial através das suas APIs, sem a necessidade de aprender a sua documentação. Essa arquitetura permite a comunicação por meio da sintaxe Structured Query Language (SQL) – a linguagem de programação que todos os desenvolvedores conhecem. O Connect Bridge traduz a sintaxe SQL em chamadas de API apropriadas, mantendo a integridade do seu sistema de destino protegida e, ao mesmo tempo, oferecendo facilidade de comunicação entre a sua aplicação e os seus sistemas de destino com os nossos conectores.

E para estender isso ao mundo industrial, decidimos desenvolver um conector que nos permitisse falar a ‘linguagem das máquinas’. Aprendemos a arquitetura OPC UA e, em seguida, mapeámo-la para SQL.

Atualmente, o OPC UA Connector funciona como um cliente OPC UA. Isso significa que, se tiver o endereço de um servidor OPC UA e as permissões corretas, o utilizador pode aceder aos dados de um servidor OPC UA. Após o estabelecimento da ligação, os dados expostos pelo servidor podem ser interagidos usando SQL. Os programadores que trabalham para uma empresa podem integrar facilmente os dados da fábrica da empresa no software empresarial que utilizam, criando uma solução personalizada que atende às suas necessidades específicas.

A nossa visão para CB Digital Factory é transformá-la numa plataforma IIoT completa e altamente personalizável, pronta para proporcionar uma integração perfeita entre shop floor, MES e ERP e qualquer outro software de negócios que a sua empresa utilize.

CB Digital Factory permite que as empresas dêem os primeiros passos na digitalização do seu chão de fábrica de uma forma muito acessível. A indústria 4.0 já não está apenas ao alcance das grandes empresas, com departamentos de TI dedicados, mas agora também aberta a pequenas e médias empresas com departamentos de TI por vezes com um só homem.

Para ver como isto funciona, pense em que software e máquinas você gostaria de integrar e peça o seu demonstração grátis.

Pedro Noronha
IIoT Gestor de Produto no Connecting Software

Autor:

Formei-me com mestrado em Engenharia Mecânica e trabalhei na Indústria Automóvel como Consultor e Gestor de Projectos, antes de me concentrar em TI e Indústria 4.0.

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