Como fazer sentido dos dados da máquina em fábricas inteligentes

Embora a maioria das empresas conheça a IoT, poucas compreendem o valor que podem extrair dos dados das máquinas neste momento; tudo se resume à capacidade de comunicação entre o chão de fábrica e o ambiente empresarial.

“Transformação digital” e “fábrica inteligente” são termos que já existem há algum tempo, mas apenas os fabricantes avançados os aplicam na prática. A ideia da comunicação máquina a máquina suscitou entusiasmo inicial e grandes esperanças, mas agora os proprietários de fábricas de médio e pequeno porte estão a perguntar: “O que vem a seguir? Como posso começar a adotar essas tecnologias na minha fábrica?”

Enquanto mais de 98% dos líderes empresariais entendem o conceito de Internet das Coisas (IdC), muitos não têm certeza do que a IdC significa para seus negócios, de acordo com pesquisa da Aruba Networks. Isso faz com que a Internet das coisas não seja implementada corretamente ou usada apenas em um nível básico, em vez de como um processo totalmente transformador.

No entanto, quando olhamos para fábricas de produção que compreenderam a essência da Internet Industrial das Coisas (IIoT), resume-se realmente à capacidade de comunicação entre o chão de fábrica e o ambiente empresarial. Na prática, ela cobre como os dados das máquinas são transferidos dos equipamentos para aplicações comerciais padrão no back office: Sistemas ERP, MES e CRM, e que conclusões são tiradas desses dados e como eles são aplicados de volta ao processo de produção. Em geral, o sucesso da transformação digital depende da capacidade de uma organização de fazer sentido dos números das máquinas e de transformá-los em vantagem competitiva.

Desafios emergentes para os negócios

Charles Kettering, famoso inventor e diretor de investigação da GM, disse: “Um problema bem definido está meio resolvido.” O caminho sinuoso para uma fábrica inteligente apresenta vários desafios emergentes e existentes para as empresas, e os fabricantes precisam de compreender como operar um modelo de negócio digital nas suas instalações de produção.

Por que precisa de uma fábrica inteligente?

Antes de mais nada, as máquinas podem gerar muitos dados, mas atirar números para a nuvem não significa automaticamente que você obterá informações úteis a partir dela. Você precisa de ter um contexto.

Os equipamentos de fábrica podem fornecer as informações mais precisas em tempo real sobre os processos de produção, mas como as pessoas podem começar a tirar proveito deles e aplicar os conhecimentos ao seu trabalho diário?

Vai ser uma questão de manutenção e de garantir que todas as peças estão a funcionar? Ou será sobre a chamada manutenção preditiva: resolver a avaria antes que ela ocorra com base nos dados agregados de muitos dispositivos semelhantes e nos primeiros sinais do problema?

Também pode ser sobre o lado empresarial da produção: operadores humanos tomando decisões com base nos relatórios das máquinas nos sistemas MES e ERP. Abraçando a Indústria 4.0 dita não só uma atualização de equipamentos, mas uma mudança de paradigma de pensamento geral.

Conexão através de Silos Verticais

Para que uma fábrica evite ser uma “ilha de coisas” e funcione de acordo com o conceito da Internet das Coisas, as máquinas de produção precisam de comunicar entre si e, eventualmente, com dispositivos periféricos. Dada a quantidade de sistemas envolvidos, a questão é: como estabelecer essa comunicação?

Um dos desafios numa fábrica moderna é que as máquinas frequentemente comunicam dentro de silos verticais individuais, transferindo dados de um dispositivo para HMI/SCADA, etc., onde um operador fica de olho nessa parte específica da produção. Os gestores sabem há muito tempo que informações valiosas residem nos sistemas que operam as suas instalações de produção, mas não têm acesso direto a elas. O problema tem sido, muitas vezes, que os dois mundos operam isoladamente, com pouca ou nenhuma conexão entre eles. No entanto, se estamos a falar de combinar dados e transportá-los por vários departamentos, a infraestrutura de troca de dados da fábrica deve ser construída de forma diferente.

Viagem de dados para o ERP

A próxima preocupação é a conectividade de dados. Até que ponto você precisa ver em seu processo de produção? É apenas controladores, ou você realmente precisa dos dados de cada sensor, etc.? Isso influenciará em grande parte a quantidade de informação que você opera e a imagem da sua instalação, incluindo toda a fábrica em geral, as linhas de produção individuais e os dispositivos particulares que estão sendo usados.

Colocar dados do mundo físico no mundo cibernético requer o planeamento de análises. É necessário compreender se é um operador que utilizará os dados para obter um melhor controlo local ou se o servidor envia automaticamente informações agregadas para o sistema ERP ou MES. Em suma, quais números da avalanche de dados precisam ser enviados para uma melhor análise e planeamento ao nível da fábrica e quais dados permanecem locais para um controlo rápido e tomada de decisões.

A partilha de dados entre divisões e terceiros é outra questão importante. Em fábricas avançadas, um sistema ERP pode solicitar automaticamente matérias-primas ou informar o serviço de manutenção sobre a necessidade de um check-up, com base em notificações provenientes das instalações de produção. Esta troca de informações também pode funcionar em benefício dos construtores de máquinas: com base em relatórios automáticos que chegam de várias fábricas, eles planejam a manutenção, substituem os detalhes com antecedência e oferecem um melhor atendimento ao cliente, poupando os clientes do incômodo e dispendioso tempo de inatividade.

Segurança de Dados da Máquina

Por fim, a questão fundamental para a “fábrica inteligente” é garantir a segurança da comunicação aberta. A segurança ocupa a primeira posição entre as preocupações dos desenvolvedores de IoT (31%), de acordo com o relatório de 2019 da Eclipse Foundation, com conectividade (21%) e recolha e análise de dados (19%) ocupando apenas os dois lugares seguintes. A Gartner relata que os gastos com soluções de segurança de terminais IoT aumentarão para $631M em 2021. Abrir as instalações de produção para o mundo requer medidas de proteção correspondentes.

De OPC para OPC Arquitetura Unificada

Desde o final da década de 1990, a automação da produção tem sido construída em torno do servidor OPC, permitindo a transferência de dados de um dispositivo para o computador de um operador na sala de controlo, independentemente de o hardware e o software serem do mesmo fornecedor ou não. O protocolo OPC padronizou a comunicação e preparou o terreno para um avanço na automação da produção. O OPC aplicou o Modelo de Objetos Componentes Distribuídos (DCOM) da Microsoft, que faz parte do sistema operativo Windows. No início dos anos 2000, o protocolo lançou a automação industrial e permitiu que as fábricas fizessem a transição para uma produção mais segura, precisa e económica. Na verdade, muitas fábricas em todo o mundo ainda dependem dessa tecnologia.

No entanto, logo após o software entrar no mercado, as desvantagens do protocolo OPC tornaram-se evidentes. Em primeiro lugar, o DCOM limita o OPC apenas ao sistema operativo Windows. Em seguida, os especialistas reclamam das dificuldades em encontrar e corrigir falhas de software e da impossibilidade de trocar dados pela web. E, finalmente, a tecnologia OPC não é confiável em termos de segurança da informação. É por isso que, em resposta a vários pedidos da indústria, a OPC Foundation criou um novo padrão: OPC UA. Ele é baseado nas versões anteriores, mas sem as desvantagens, e sugere uma abordagem totalmente nova para a comunicação máquina a máquina e a transformação digital industrial.

As suas novas características incluem o seguinte:

• Independência de plataforma. O OPC UA já não depende da tecnologia OLE ou DCOM da Microsoft. Pode ser executado em qualquer plataforma: Apple, Linux (JAVA) ou Windows.
• Configuração mais fácil da troca de dados entre vários computadores. Em vez do DCOM, use padrões comuns de troca de dados: TCP/IP, HTTP(S), e SOAP.
• Maior facilidade na administração e manutenção dos dados. Você pode usar estruturas ou modelos, e agrupar e dar contexto a tags de dados ou pontos. Tudo isto proporciona muito mais flexibilidade e torna possível ligar a sua fábrica através dos departamentos e não trabalhar apenas em silos de dados verticais.
• Fácil integração ao SCADA. Um servidor OPC UA pode ser uma parte direta de um PLC, que é incorporado em um dispositivo. Não há necessidade de comprar e configurar um servidor OPC UA.
• Economia de recursos. Com o OPC UA, não é necessário ter muitos PCs instalados nas instalações para fazer a tradução entre os sistemas.
• Encriptação de dados. A segurança OPC UA é baseada em um conceito de multicamadas que cobre as camadas de aplicação e transporte. Ele contém autenticação e autorização, bem como criptografia e integridade de dados através de assinatura.
• Flexibilidade de integração. As APIs UA estão disponíveis em várias linguagens de programação. SDKs comerciais estão disponíveis para C, C++, Java, e .NET. Pilhas de código aberto estão disponíveis pelo menos para C, C++, Java, Javascript (nodo) e Python.
• Relação custo-eficácia e tempo. A disponibilidade de conectores OPC UA integra os dados da sua máquina em tempo real ao CRM, ERP, BI, Exchange e sistemas de gerenciamento de documentos como o SharePoint para melhorar o planejamento, a manutenção e aumentar a eficácia da sua produção.
• Ligação à infra-estrutura herdada. Disponibilidade de mecanismos de migração de OPC para OPC UA; envoltórios OPC UA.

Os fabricantes chamam à OPC Unified Architecture o primeiro protocolo de comunicação que remove as fronteiras entre a empresa e o chão de fábrica. Mas, como você realmente conecta sua produção com os sistemas que ajudam a gerenciar sua empresa?

Gestão de relacionamento com o cliente (CRM), planeamento de recursos empresariais (ERP), sistema de execução de manufatura (MES), sistema de gestão de documentos (DMS), sistema de inteligência empresarial (BI) e sistema de gestão de armazém são os softwares mais comuns que auxiliam na gestão de um negócio. Como muitas empresas, independentemente do tamanho, utilizam estas aplicações em várias combinações, é seguro generalizar que a vida de uma fábrica é planeada, analisada, prevista e relatada nestes sistemas. Ser uma fábrica inteligente totalmente automatizada significa ter informações precisas e atualizadas sobre o processo de produção disponíveis a qualquer momento nestes sistemas para análise, alertas em tempo real, notificações de manutenção, etc., dependendo das suas prioridades.

A integração de dados de máquinas em sistemas empresariais pode acontecer de duas formas: 1) via desenvolvimento personalizado através de OPC UA APIs, e 2) através de um conector OPC UA pronto que liga os dados da máquina a sistemas ERP, CRM, etc.

Em nossa opinião, o segundo cenário é melhor do que a programação personalizada. Em primeiro lugar, não se desperdiça tempo e dinheiro com o trabalho caro de um programador. Em segundo lugar, não é necessário cuidar da manutenção posterior. Um conector OPC UA pré-construído normalmente não tem erros e está pronto para uso desde o primeiro dia. Ele requer habilidades de programação, mas muito básicas. São necessárias duas a três horas para compreender os princípios de integração e construir a lógica para conectar os dados das máquinas da sua empresa aos sistemas comerciais.

Do Dispositivo para a Empresa

Por que precisa de conectar os dados da sua máquina ao ERP, CRM e MES? Um slogan da OPC-UA é “do dispositivo para a empresa” e, neste caso, “empresa” significa um sistema inteligente de planeamento de recursos empresariais.

Para tomar decisões inteligentes, um ERP inteligente requer dados e análises IIoT em tempo real. Eles diferenciam uma empresa da concorrência e constituem o que se chama uma fábrica inteligente.

Como as aplicações ERP realizam tantas tarefas — gestão e processamento de encomendas, recolha de dados, planeamento ao nível da produção empresarial, gestão global dos processos empresariais e ligação a outros sistemas —, o desempenho atempado de ERPs inteligentes oferece muitas vantagens.

Quando você precisa acelerar os processos, reduzir o trabalho manual e os erros e mover-se mais rapidamente entre etapas, pegando dados em tempo real o mais próximo possível da fonte, que pode ser de uma determinada linha de produção ou mesmo de um dispositivo, uma integração de dados da máquina via OPC UA ao sistema ERP é revolucionária.

Além disso, essa integração ajuda na mudança cultural que discutimos acima, pois os funcionários adotam a nova tecnologia mais facilmente se ela for apresentada por meio de uma interface familiar (e mesmo que seja compatível com dispositivos móveis!). Garantir a adoção pelos utilizadores continua sendo um grande desafio na IIoT, e apresentar os dados por meio dos sistemas que todos conhecem e utilizam — ERP, CRM, MES etc. — acelera a transição para a Indústria 4.0.

Outros componentes de uma fábrica inteligente IIoT são a análise preditiva, a aprendizagem de máquinas, a selagem de relatórios em cadeia de bloqueios e as decisões e ações semi-autônomas e autônomas. Todos estes podem fazer parte do seu sistema ERP, que encomenda materiais ou toma decisões de envio com base em múltiplas fontes e enormes quantidades de dados contextuais rápidos, analisados e aproveitados em tempo real.

Conclusão

A IIoT já se tornou uma exigência para as fábricas modernas. Para acompanhar a concorrência, conectar os dados das suas máquinas aos sistemas de gestão empresarial não é mais opcional. A OPC UA tem feito um bom trabalho nessa área, oferecendo muito mais oportunidades e medidas de segurança para abrir a comunicação em uma instalação de produção. Portanto, é hora de colher os benefícios de uma fábrica inteligente conectada.