Automação industrial e a conectividade: Impacto na Produção
Copyright: ST-One
Seguindo o mote de aumento de produtividade, Henry Ford (1863-1947), idealizou a chamada “linha de montagem”, que foi o real gatilho para o início da produção em massa. Nos anos seguintes da morte de Ford, a General Motors e outras indústrias já possuíam máquinas automatizadas por relés. No entanto, devido a sua programação complexa, em 1968, a empresa BedFord Associates foi contratada para desenvolver o que seria o primeiro Controlador Lógico Programável (CLP).
Com processos cada vez mais complexos e descentralizados, foi necessário encontrar uma forma de facilitar o controle das plantas industriais. Criou-se padronizações das instrumentações mais inteligentes, para que sua manutenção fosse de baixo custo e facilmente difundida. Assim surgiram as redes e os padrões de comunicação industriais.
Isso é importante para interoperabilidade, isto é, a capacidade de diferentes sistemas, dispositivos e softwares de se comunicarem e trocarem informações de forma eficaz. A padronização garante consistência nessa comunicação, pois assegura que os sistemas sejam desenvolvidos dentro de práticas reconhecidas.
Padrões de automação industrial
Os padrões de automação industrial são conjuntos de normas que estabelecem procedimentos para a integração, operação e manutenção de sistemas de automação na indústria. Eles abrangem desde a comunicação entre dispositivos até a interface homem-máquina (HMI), passando por métodos de controle e monitoramento de processos. No âmbito de HMI, os padrões estabelecem regras para o design, funcionalidade e operação das interfaces. Eles incluem diretrizes sobre a apresentação das informações, navegação das telas, uso de gráfico e cores e a gestão de alarmes e notificações.
O principal propósito desses padrões é melhorar a integração entre operadores e sistemas de automação, garantindo que as interfaces sejam compreensíveis e fáceis de usar. Quando ligados com a análise de dados, eles são obrigatórios no processo de análise de qualidade, pois minimizam erros operacionais.
Em resumo, contribuem para:
- Usabilidade: interfaces padronizadas são mais intuitivas e fáceis de usar, reduzindo a curva de aprendizado para os operadores;
- Segurança: padrões garantem que as interfaces apresentem informações de maneira clara e consistente, evitando leituras errôneas;
- Consistência: a padronização assegura que todas as interfaces sigam as mesmas diretrizes, facilitando a integração de novos sistemas e manutenção dos existentes;
- Qualidade: interfaces claras e bem-organizadas melhoram a estabilidade da linha, melhorando a qualidade do processo produtivo;
Copyright: ST-One
Pack ML
Entre os diversos exemplos de padrão técnico de automação, está o PackML, criado pela Organização de Automação e Controle de Máquinas (OMAC) no início dos anos 2000. O foco principal de seu desenvolvimento era padronizar e gerar consistência para todas as máquinas que compõem uma linha de embalagem (ou outros processos discretos). A necessidade de regulamentação veio do fato de que as máquinas utilizavam interfaces e métodos de controle proprietários. Isso dificultava a integração e operação eficiente de linhas de produção compostas por equipamentos de diferentes fornecedores.
Foram criadas três categorias para sistematizar a produção desse maquinário. A PackSoft era voltada para linguagem de programação, PackConnect para protocolos de comunicação e PackML para unir os dois anteriores. Isso significa que o PackML provê a rápida integração da linha de produção, sem precisar se preocupar com qual protocolo de comunicação será responsável por transmitir os dados entre as máquinas.
Para fazer isso, esse padrão inclui modelos de estado, como “Parado”, “Em execução” e “Em manutenção”, o que facilita a comunicação e o controle. Também possui os chamados Packtags, que são um conjunto de tags padronizadas para dados inclusos no estado de máquina. Eles são usados na comunicação M2M (machine-to-machine), por exemplo, entre uma enchedora e rotuladora. Por fim, contribuem nos cálculos de OEE (Overall Equipment Effectiveness) ao indicar parâmetros de desempenho. Após passar por diversas versões, o documento oficial que reúne as diretrizes foi implementado no relatório “ANSI/ISA-TR88.00.02-2008 Machine and Unit States: An Implementation Example of ISA-88”.
Copyright: ST-One
Weihenstephan Standards (WS)
Os Weihenstephan Standards foram desenvolvidos sob a orientação da Universidade Técnica de Munique (TUM), pelo curso de Tecnologia de Embalagem de Alimentos, nos anos 2000. O grupo responsável era composto por fabricantes de máquinas, gestores de plantas, desenvolvedores de sistemas de TI, tecnólogos, entre outros.
Também conhecidos como WS, eles são interfaces de comunicação padronizadas para a coleta de dados de máquinas na indústria. Esses padrões definem a transmissão uniformizadas de dados de máquinas para sistemas de TI, como Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) e Historian. Isso é feito através da especificação da interface física, seu conteúdo e recomendações para avaliações e relatórios de dados.
A interface física tem como função especificar como os dados são fisicamente transmitidos entre os dispositivos. Essa interface é munida de um conteúdo que define quais dados devem ser transmitidos e como eles devem ser estruturados. Isso inclui diretrizes sobre como os dados devem ser analisados e relatados para melhorar a tomada de decisão.
A padronização de dados é feita através de tags que especificam diferentes estados e modos de operação das máquinas, são elas:
- WS_state: indica o estado atual da máquina (por exemplo, em produção, parada, em manutenção);
- WS_Mode: especifica o modo de operação da máquina (por exemplo, automático, manual);
- WS_Prog: identifica o programa ou processo ativo (por exemplo, ciclo de produção, ciclo de limpeza);
Os Weihenstephan Standards permitem que múltiplos pontos de dados, como estados de operação e códigos de erro, sejam consolidados em um único estado de máquina. Também contribuem para interoperabilidade e eficiência operacional. Essa característica facilita o monitoramento em tempo real e a tomada de decisões informadas.
Copyright: ST-One
Tecnologias que aprimoram a automação industrial
As chamadas indústrias conectadas, ou smart industries, contam com diversas tecnologias que complementam e melhoram a automação industrial.
Uma delas é a chamada Internet das Coisas (IoT), que acelera a adoção de tecnologias conectadas à internet entre as indústrias. O IoT é composto por Protocolos de Internet (IP) e Protocolos de Controle de Transmissão (TCP). Esses parâmetros formam os sensores, aparelhos e sistemas que permitem a comunicação desses dispositivos inteligentes entre si e com demais dispositivos habilitados pela internet. A conectividade provida pelos sensores instalados na planta industrial permite a coleta contínua dos dados operacionais. Essa constância na coleta é essencial para monitorar e controlar processos conforme os padrões Weihenstephan e PackML. Além disso, a comunicação entre diferentes máquinas garante informações integradas que permitem seu melhor entendimento.
Já o sistema Historian é um tipo de banco de dados especializado em coletar, armazenar e analisar simultaneamente grandes volumes de dados de processos industriais. Nele, dados como temperaturas, pressão, velocidade, entre outros, são registrados ao longo do tempo. Esse sistema provê um monitoramento contínuo dos processos industriais, inclusive utilizando os padrões Weihenstephan e PackML para unificar a forma de visualização e entendimento do funcionamento das máquinas ao longo do tempo. Além disso, ter um histórico de dados também é imprescindível no momento da análise, pois ajuda a entender tendências de acordo com os padrões encontrados.
Por fim, a ciência de dados é uma área de conhecimento que engloba a coleta, análise e interpretação de grandes volumes de dados gerados durante o funcionamento das linhas. Ela está intrinsecamente ligada a tecnologias IoT e visualização intuitiva das informações. A padronização das informações com o PackML e WS resulta em uma análise com menos erros e que fornece insights valiosos para reduzir custos, aumentar a produtividade e otimizar a produção. Também, uma interface intuitiva com sinalizações bem definidas auxilia na manutenção, pela rápida detecção de anomalias.
Copyright: ST-One
Aplicação dos padrões na indústria
Os padrões de automação industrial — como Weihenstephan Standards e PackML —são aplicados nos mais diversos setores da indústria, e resultam em diversos benefícios:
- Análise de desempenho: os WS são usados para conectar máquinas de diferentes fabricantes, o que permite a coleta e análise de dados da produção. Por exemplo, uma cervejaria pode usar o WS para monitorar o desempenho das linhas de envase e identificar gargalos na produção;
- Monitoramento de qualidade: os WS ajudam a garantir a consistência e a qualidade do produto final, monitoramento parâmetros críticos durante o processo de produção, como temperatura e pressão;
- Otimização de processos: no setor de panificação, os WS podem ser usados para ajustar automaticamente os tempos de fermentação com base na umidade e temperatura ambiente. Isso resulta em um melhor controle de qualidade e eficiência operacional.
- Integração de máquinas: o PackML padroniza a interface de comunicação entre máquinas e linhas de produção, facilitando a integração de novos equipamentos. Por exemplo, uma fábrica de alimentos pode usá-lo para integrar uma nova máquina de embalagem com o sistema existente, reduzindo o tempo de inatividade e melhorando a eficiência;
- Controle de processos: o padrão PackML permite o monitoramento contínuo e o controle de processos de produção, como embalagem e rotulagem. Isso ajuda a garantir a consistência do produto e a conformidade com normas de segurança alimentar. Saiba mais sobre nós.
