Como comprrender os dados das máquinas na Fábrica Inteligente

A ideia da comunicação máquina a máquina suscitou o entusiasmo inicial e grandes esperanças, mas agora os proprietários de fábricas de média e pequena dimensão perguntam: “O que se segue? Como é que começo a adotar estas tecnologias na minha fábrica?”

“Transformação digital” e “fábrica inteligente” são termos que já existem há algum tempo, mas só os fabricantes mais avançados os aplicam na prática. A ideia da comunicação máquina a máquina suscitou o entusiasmo inicial e grandes esperanças, mas agora os proprietários de fábricas de média e pequena dimensão perguntam: “O que se segue? Como é que começo a adotar estas tecnologias na minha fábrica?”

Enquanto mais de 98% de líderes empresariais entendem o conceito da Internet das Coisas, muitos não têm certeza do significado da Internet das Coisas para seus negócios, de acordo com uma pesquisa da Aruba Networks. Isso faz com que a Internet das coisas não seja implementada corretamente ou seja usada apenas em um nível básico, em vez de processos totalmente transformadores.

No entanto, quando olhamos para as instalações de produção que compreenderam a essência da Internet Industrial das Coisas, esta resume-se realmente à capacidade de comunicação entre o chão de fábrica e o ambiente empresarial. Na prática, abrange a forma como os dados da máquina são transferidos do equipamento para as aplicações comerciais padrão no back office - sistemas ERP, MES, CRM; que conclusões são retiradas desses dados e como são aplicadas de volta ao processo de produção. Em termos gerais, o sucesso da transformação digital depende da capacidade de uma organização para dar sentido aos números das máquinas e transformá-los numa vantagem competitiva.

Desafios emergentes para os negócios

Charles Kettering, o famoso inventor e diretor de investigação da GM, afirmou que “um problema bem enunciado está meio resolvido”. O caminho sinuoso para a Fábrica Inteligente coloca vários desafios emergentes e existentes para as empresas, e os fabricantes precisam de responder às seguintes perguntas para compreender como gerir um modelo de negócio digital nas suas instalações de produção.

Por que precisa de uma Fábrica Inteligente?

Em primeiro lugar, as máquinas podem gerar muitos dados, mas atirar números para a nuvem não significa automaticamente obter informações úteis a partir dela. Você precisa de ter um contexto.

Os equipamentos de fábrica podem fornecer 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 em seu trabalho diário?

Vai ser uma questão de manutenção - certificar-se de que todas as peças estão a funcionar?

Ou a chamada manutenção preditiva - resolver a avaria antes de ela ocorrer 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 a atualização dos equipamentos, mas uma mudança de paradigma de pensamento geral.

Conexão através de silos verticais

Para que uma fábrica não seja uma “ilha de coisas”, mas funcione efetivamente de acordo com o conceito da Internet das Coisas, as máquinas de produção têm de comunicar entre si e, eventualmente, com dispositivos de ponta. Tendo em conta os muitos sistemas envolvidos, a questão é como estabelecer essa comunicação.

Um dos desafios de uma fábrica moderna é o facto de as máquinas comunicarem frequentemente dentro de silos verticais individuais, transferindo dados de um dispositivo para a HMI/SCADA, etc., onde um operador controla essa parte específica da produção. Há muito que os gestores sabem que existe informação valiosa nos sistemas que gerem as suas instalações de produção - mas não têm acesso direto a ela. O problema tem sido frequentemente o facto de ambos os mundos funcionarem isoladamente, com pouca ou nenhuma ligação entre eles. No entanto, se estamos a falar de misturar dados e transportá-los através de vários departamentos, a infraestrutura de intercâmbio 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:

• a planta inteira em geral,
• uma linha de produção individual,
• ou mesmo um determinado dispositivo, como funcionam todas as suas junções - e onde, por exemplo, uma avaria está a obstruir o processo de produção.

Além disso, colocar dados do mundo físico no mundo cibernético requer planejamento de análises. Você precisa entender se é um operador que irá usar os dados para obter um melhor controle local, ou se o servidor envia automaticamente informações agregadas até o sistema ERP ou MES. Em suma, quais números da avalanche de dados precisam ser enviados para melhor análise e planejamento no nível da fábrica, e quais dados permanecem localmente para um rápido controle e tomada de decisão.

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 assim fornecem um melhor atendimento ao cliente, poupando os clientes do incômodo e caro tempo de inatividade.

Segurança de dados da máquina

Por último, a questão fundamental para a “fábrica inteligente” é garantir a segurança da comunicação aberta. A segurança ocupa o primeiro lugar entre as preocupações dos programadores da IoT (31%), de acordo com o relatório de 2019 da Eclipse Foundation, com a conetividade (21%) e a recolha e análise de dados (19%) a ocuparem apenas os dois lugares seguintes. A Gartner refere que as despesas com soluções de segurança de pontos finais IoT aumentarão para $631M em 2021. A abertura das instalações de produção ao mundo exige medidas de proteção correspondentes.

De OPC para OPC Arquitetura Unificada

Desde finais dos anos 90, a automatização da produção foi construída em torno do servidor OPC, permitindo a transmissão de dados de um dispositivo para o computador de um operador na sala de controlo, quer o hardware e o software fossem do mesmo fornecedor ou não: o protocolo OPC normalizou a comunicação e condicionou um avanço na automatização da produção. O OPC aplicou o Microsoft Distributed Component Object Model (DCOM), que faz parte do sistema operativo Windows. No início dos anos 2000, o protocolo lançou a automatização industrial e permitiu que as fábricas transitassem para uma produção mais segura, mais precisa e mais económica. De facto, muitas unidades de produção em todo o mundo ainda dependem desta tecnologia.

Entretanto, logo após a entrada do software no mercado, as desvantagens do protocolo OPC se tornaram claras. Em primeiro lugar, a DCOM limita o OPC apenas ao sistema operacional 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 uma nova norma - OPC UA. Baseia-se nas versões anteriores, mas sem inconvenientes, e sugere uma abordagem totalmente nova à comunicação máquina a máquina e à transformação digital industrial.

As suas novas características são:

• Independência de plataforma. O OPC UA já não depende da tecnologia OLE ou DCOM da Microsoft. Pode ser lançado 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 está sendo construído em um dispositivo. Isso significa que não é necessário comprar e configurar um servidor OPC UA;
• Poupança de recursos. Com o OPC UA, não são necessários muitos PCs nas instalações para efetuar 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. SDK comerciais estão disponíveis para C, C++, Java, e .NET. Pilhas open-source estão disponíveis pelo menos para C, C++, Java, Javascript(node) e Python.
• Eficácia de custos e tempo. Disponibilidade de conectores OPC UA que integram os dados da sua máquina em tempo real ao CRM, ERP, BI, Exchange, sistemas de gestão documental como o SharePoint para um melhor planeamento, manutenção e aumento da eficácia da sua produção;
• Ligação à infra-estrutura herdada. Disponibilidade de mecanismos de migração de OPC para OPC UA; envoltórios OPC UA.

Como começar a usar os dados da máquina para a transformação digital

Os fabricantes chamam à Arquitetura Unificada OPC o primeiro protocolo de comunicação que elimina as fronteiras entre a empresa e o chão de fábrica. Mas como ligar efetivamente a sua produção aos sistemas que ajudam a gerir a sua empresa?

O Customer Relationship Management (CRM), o Enterprise Resource Planning (ERP), o Manufacturing Execution System (MES), o Document Management System (DMS), o Business Intelligence (BI) e os sistemas de gestão de armazéns são os softwares mais comuns que auxiliam na gestão de uma empresa. Uma vez que muitas empresas, independentemente da sua dimensão, utilizam estas aplicações em várias combinações, é seguro generalizar que a vida de uma fábrica é planeada, analisada, prevista e comunicada nestes sistemas. E ser uma fábrica inteligente totalmente automatizada significa ter informações precisas e actualizadas sobre o processo de produção disponíveis a qualquer momento nestes sistemas - para análise, alertas em tempo útil, notificações de manutenção, etc., dependendo das suas prioridades.

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

Na nossa opinião, o segundo cenário é melhor do que a programação personalizada. Em primeiro lugar, não perde tempo e dinheiro com o dispendioso trabalho de um programador e, em segundo lugar, não precisa de se preocupar com a manutenção posterior. Um conetor OPC UA pré-construído não tem normalmente erros e está pronto a ser utilizado desde o primeiro dia. Requer conhecimentos de programação, mas muito básicos. São necessárias duas ou três horas para compreender os princípios de integração e, depois disso, basta construir a lógica para ligar os dados das máquinas da sua empresa aos sistemas empresariais.

Desde o dispositivo até à empresa

Porque é que precisa de ligar os dados da sua máquina ao ERP, CRM, MES? Um slogan do 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.

Uma vez que as aplicações ERP desempenham muitas tarefas: gestão e processamento de encomendas, recolha de dados, planeamento a nível da produção empresarial, gestão global de processos empresariais e ligação a outros sistemas, o desempenho atempado de ERPs inteligentes proporciona muitas vantagens.

Quando é necessário acelerar os processos, reduzir o trabalho manual e os erros e avançar mais rapidamente entre as etapas, obtendo dados em tempo real o mais próximo possível da fonte - a partir de uma determinada linha de produção ou mesmo de um dispositivo, uma integração dos dados da máquina via OPC UA no sistema ERP é revolucionária.

Além disso, essa integração ajuda a mudança de cultura que discutimos acima, uma vez que os funcionários adoptam a nova tecnologia com mais vontade se esta for apresentada através de uma interface familiar (e até mesmo compatível com dispositivos móveis!). Garantir a adoção pelos utilizadores continua a ser um grande desafio na IIoT, e apresentar os dados através 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

De ser a Próxima Grande Coisa, a IIoT já se tornou uma demanda para as fábricas modernas. Para acompanhar a concorrência, a ligação dos dados da sua máquina aos sistemas empresariais de gestão já não é opcional. A OPC UA tem feito um bom trabalho nesta área proporcionando muito mais oportunidades e medidas de segurança para abrir a comunicação em uma instalação de produção, por isso é hora de colher os benefícios de uma fábrica inteligente conectada.

Sobre Thomas Berndorfer

Um empreendedor em série com mais de 20 anos em TI, Thomas Berndorfer tem uma vasta experiência em aliviar as organizações da dor da integração, sincronização e automação de TI. Ele é o CEO da Connecting Software.