Concepção de um framework para monitoramento e teleoperação de máquinas-ferramenta CNC via internet aderente à Indústria 4.0

Abstract

As empresas vêm passando por constantes mudanças organizacionais a fim de se manterem competitivas em um mundo em que as comunicações estão cada vez mais rápidas e em que o setor empresarial atua em um nível global. Observando isso, a indústria manufatureira investe fortemente em insumos como as tecnologias de informação e comunicação (TIC) a fim de obterem informações e conhecimento necessários sobre os seus processos para que melhores decisões possam ser tomadas e as empresas tornem-se mais eficientes. Essa globalização dos mercados lançou para as empresas de manufatura o desafio de criarem uma maior proximidade com seus consumidores e parceiros com a finalidade de fabricar produtos que atendam verdadeiramente as expectativas dos stakeholders. Nessa tarefa a Internet assume um papel importante como elemento de integração entre pessoas e empresas. Uma prova da força da Internet é o expressivo tamanho que o comércio eletrônico adquiriu ao logo dos anos. Outras aplicações para Internet vêm sendo implementadas com êxito. No âmbito da manufatura, acompanhando as mudanças nas estratégias de produção focadas no uso intensivo das tecnologias da informação, desenvolveu-se o conceito de manufatura remota e distribuída através da internet, que implementou paradigmas como a E-manufacturing (manufatura eletrônica). Esta forma um ambiente de manufatura baseado em TICs, especialmente em tecnologias de rede, incluindo a internet, utilizando métodos de trabalho vinculados a Collaborative e-Work (Trabalho eletrônico colaborativo). Nessa perspectiva, é possível vincular os estudos relacionados a manufatura eletrônica aos primeiros movimentos no sentido de desenvolver as Fábricas Inteligentes (Smart Factories), diretriz principal da estratégia Indústria 4.0. A era da Indústria 4.0, implica, entre outros fatores, na utilização intensiva de produtos mecatrônicos e sistemas de tecnologia da informação (TI). Nesse contexto estão os sistemas de Internet das Coisas Industrial (IIoT) para ampliar ainda mais a imersão nos ambientes de produção. Uma das principais expectativas com relação a esses sistemas é o aumento do nível de interoperabilidade entre os mais diversos dispositivos da manufatura e a capacidade de monitoramento e controle desses equipamentos de forma mais distribuída. Um dos grandes desafios das empresas de manufatura é a aquisição de dados de forma integrada em uma planta industrial composta por máquinas CNC com diferentes tecnologias e fabricantes, que desenvolvem sistemas para comunicação com esses dispositivos utilizando protocolos proprietários. Analisando essa realidade, e aproveitando o fato de que padrões como MTConnect e OPC-UA estão criando o caminho para o desenvolvimento da nova era indústria, este trabalho apresenta a arquitetura de um framework implementado na forma de um sistema cliente-servidor baseado na internet para o monitoramento e a teleoperação máquinas-ferramenta CNC, que apresente atributos em conformidade com a estratégia "Indústria 4.0". A concepção do framework, e a subsequente implementação, foi realizada através de uma abordagem metodológica que envolveu o uso de diagramas IDEF0 (Integration Definition language for Function Modeling), para a definição da modelagem funcional do framework, e a metodologia de projeto axiomático para o refinamento do modelo em uma especificação mais detalhada da arquitetura na forma de um sistema baseado na web para o monitoramento e a teleoperação de um centro de torneamento. O trabalho de implementação computacional fundamentou-se no desenvolvimento, na herança de módulos de software previamente desenvolvidos e na integração desses módulos na forma de serviços através de um sistema na web. Foi desenvolvido um serviço de monitoramento baseado no protocolo MTConnect, para fornecer streaming de dados de fabricação do centro de torneamento. Para atividades de supervisão foi implementado um servidor OPC para Web (OPCWeb), em que buscou-se criar um alternativa ao servidor OPC-UA, que é baseado em padrões para internet. Como uma forma de manter a identidade do sistema dentro do contexto das aplicações de telemanufatura foi incorporado ao sistema serviços de teleoperação como comando remoto DNC (Distributed Numerical Control) através mecanismo CGI (Common Gateway Interface) e streaming de video do chão-de-fábrica com Applets Java. Todos esses servidores integrados por uma interface Web para formar o sistema CyberDNC. A forma final do sistema foi avaliada através de casos de uso da aplicação focados na conectividade entre os servidores e os clientes web disponíveis, e adequado funcionamento da aplicação como um todo. Os testes e validação do sistema (framework) foram realizados para o centro de torneamento Romi Galaxy 15M com CNC Fanuc 18i-Ta.