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A Informática no Contexto da Automação Industrial

1. i Time amp cost constraints Manage Product Pam inceri Desig Engineering needs Product L Workflow Partial BOM s Resources As available LH reduction A1 Product m Vr cost estimates Market WA AAA model pasta Facility cost data of Product estimates EM Facility 4 iml plans N Equipment orders 288 Plant orders EE TET specifications Personnal actions Design hange Toolinginatarials er Validation zo Produce f orders Process change tun reqmts Products requests died E pe Productinventory Product orders 4 l Receiving reports Customer Toolin gmatesials order status m Aa Tooling Cost reports Eruipment labor availability designs id Design process Facil reports inontedge SSS p Products Design Validation knowledge Comporemt Mactirability data Time amp cost E ON RA resus Evaluation Materials SFOS Material ref data ig process Process Toolingimatenals kromledge kromledge stock dese Resource desc knowledge models _irwentory SIMA Manufacturing Activity Model Node AO Realize Products Figura 7 Uma nota importante referir a necessidade que houve no mbito do SIMA em introduzir algumas conven es adicionais n o consideradas na norma mas compat veis com a norma 22 Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 28 poss vel utilizar as sa das dos diferentes tipos de planeamento descritos anteriormente para realizar simula es
2. ainda razo vel uma divis o em dois sub tipos Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 9 9 que de alguma forma se alicer am nas inova es dos processos industriais atr s referidos Produ o em Massa na produ o de grandes volumes compensa ter uma m quina para cada prop sito espec fico O n mero de items correspondente a grande volume depende do tipo de produto em particular A produ o em massa de produtos discretos tenta emular as caracter sticas da produ o cont nua na produ o de produtos baseados em componentes discretos que s o produzidos em grande volume e com varia es e evolutibilidades pouco significativas Como resultado a produ o em massa tem tirado ao longo da hist ria fortes proveitos da mecaniza o automatiza o e informatiza o Produ o Job Shop a planta fabril produz um conjunto diverso de produtos a partir de um grande n mero de componentes que requerem diferentes sequ ncias de processamento em diferentes equipamentos de produ o Esta aula visa especialmente este ltimo tipo de sistemas produtivos apesar de muitos dos t picos abordados serem relevantes para todos os tipos de ind stria Os sistemas de produ o do tipo job shop s o aqueles que apresentam os maiores desafios de automatiza o informatiza o racionaliza o e reorganiza o Na ess ncia os problemas colocados resultam por um lado da 1
3. Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 25 Nova Pe a Buff in Transporte 1 Transporte 3 M2 MI Livre Livre Transporte 2 Transporte 4 Buff out Figura 10 Nova Peca Buff in Transporte 1 Transporte 3 M2 MI Livre Livre Transporte 2 Transporte 4 Buff out Figura 11 Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 26 Existem muitas extens es s regras b sicas e caracter sticas das RdPs por exemplo tempo que fazem delas uma ferramenta muito poderosa na modeliza o e valida o de processos Existem no mercado in meras ferramentas baseadas em RdPs Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 27 4 Aplica es de Software 4 1 Aspectos Gen ricos da Integra o da Informa o Um sistema de produ o integrada consiste em v rios m dulos de software cada qual devendo ser visto como um sistema de informa o per si Exemplos incluem os sistemas de CAD Computer Aided Design os sistemas de planeamento as bases de dados de recursos e de materiais os sistemas de escalonamento e os sistemas de fabrico m quinas NC rob s transportadores controladores de processos etc Cada um destes pode gerar informa o guardar informa o adquirir informa o a partir de outros sistemas e passar informa o a outros sistemas Normalmente os m dulos individuais est o distribu dos por um conjunto de plataformas de
4. Figura 12 Em rela o ao modelo apresentado na figura conv m fazer uma breve descri o das diferentes entidades por forma a melhor fazer a ponte com a descri o de actividades at agora feita Assim no referido modelo a gest o de empresas controla as ordens dos clientes respons vel pelas decis es estrat gicas relacionadas com a gama de produtos que produz e com os processos e recursos no sentido mais lato necess rios para o produzir A engenharia de produto refere se a todas as actividades relacionadas com o ciclo de vida de um determinado produto no que diz respeito ao projecto e desenvolvimento de um tipo de produtos e suas variantes desde os requisitos funcionais at sua disponibiliza o A engenharia das encomendas relaciona se com aquelas actividades que relacionam uma encomenda de um cliente com um produto ou variante espec fico tarefa desta engenharia determinar ordens de produ o e decidir quando que um lote de produtos dever ser processado e com que recursos A engenharia de recursos tem a ver com os aspectos de ciclo de vida dos recursos necess rios execu o das actividades de produ o Inclui a especifica o projecto desenvolvimento aquisi o prepara o uso e manuten o dos recursos da empresa A produ o est relacionada com a execu o propriamente dita dos planos gerados pelas tarefas de engenharia Este modelo n o totalmente consistente com a abordagem s activid
5. o por medida de produto limitada Os movimentos de outsourcing e lean manufacturing time to market e redu o de invent rio dos anos 80 e 90 for aram a emerg ncia de um paradigma de gest o dominado pela qualidade total As empresas industriais particularmente os fabricantes de produtos Eduardo Tovar Novembro 2001 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing 42 originais OEM Original Equipment Manufacturers intensificaram a redu o de custos internos transferindo fun es n o cruciais para fora da sua organiza o O outsourcing move elementos cr ticos do processo de concep o ou produ o para a cadeia de fornecedores A combina o destes dois atributos da era da qualidade outsourcing e lean manufacturing na era da Internet sugere um conceito um novo conceito de modelo de neg cio para a produ o o e Manufacturing A emerg ncia do e Manufacturing requer uma acrescida agilidade das empresas produtoras de bens agilidade essa que passa for osamente por elevados n veis de integra o de sistemas 5 2 Algumas Aplica es e Tecnologias Emergentes Basta uma visita ao reposit rio das comunica es que foram apresentadas na edi o de 2000 da confer ncia Information Technologies for Engineering and Manufacturing ITEM 2000 91 para nos apercebermos do fervilhar de aplica es e tecnologias emergentes no ambiente dos sistemas de produ o industrial Por exemplo um dos aliciantes da con
6. 1999 Petri Net Representation for the Process Specification Language Part 1 Manufacture Processing Planning CAD CAM Laboratory EPFL Sui a Dispon vel em http www mel nist gov psl pubs html Uschold M Gruninger M 1996 Ontologies Principles Methods and Applications Knowledge Engineering Review Vol 11 pp 96 137 Gruninger M 2000 The Process Representation Language Information Technology for Engineering and Manufacturing ITEM 2000 Gaithersburg EUA Dispon vel em http www mel nist gov div826 msid item2000 item2000 htm ProCAP Project Management http www procap nl ILOG http www ilog com MetCAPP http www tatatechnologies com eagsp htm Quest Software http www quest com index asp Rockwell Automation 2000 Making Sense of e Manufacturing a Roadmap for Manufacturers White Paper Dispon vel em http www automation rockwell com whitepaper whitepaper html National Industrial Information Infrastructure Protocols NIIIP http www nilip org NACFAM 2001 Exploiting E Manufacturing Interoperability of Software Systems Used By U S Manufacturers White Paper National Coalition for Advanced Manufacturing NACFAM http www ncfam org Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 54 90 AMR Research 2000 How and Why You Will Use e Manufacturing System AMR Research Inc 91 ITEM 2000 Reposit
7. ceeeesecsssecseeeeseneeseeessneeeesaeeesaes 28 4 3 Os Sistemas de CAD CAM CAE 1 eecceesceceseceseeeneceeesseecsaeecseeeseesenaeensees 28 44 Os Sistemas POM 5 tapete et rt rece t exe teret exei vibe et ere be ee 30 Tecnologias Seleccionadas STEP e EXPRESS sese eene 34 4 5 Os Sistemas MES tter a ie en E Ee tete ne RR E eret ets 37 Tecnologia Seleccionada PSL eese enne eren 39 5 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing eee 40 5 1 A Inova o no In cio do S c XXT rear 40 5 2 Algumas Aplica es e Tecnologias Emergentes eeeeeeee 42 6 Conclus o noui sinos nt i ese a He hasten olen el diesels aU eee a ieee 46 Te Refer ncias 2 meet sto Peeters 48 Eduardo Tovar Novembro 2001 O Que a Inform tica Industrial 1 1 O Que a Inform tica Industrial 1 1 Ind stria um Sector Secund rio da Economia E conhecida a classifica o das actividades econ micas em tr s sectores o prim rio o secund rio e o terci rio De acordo com um Dicion rio da L ngua Portuguesa 1 o sector Prim rio corresponde ao conjunto de actividades que produzem as mat rias primas agricultura pesca ca a extrac o de minerais etc Ainda de acordo com o referido dicion rio o sector Terci rio corresponde ao terceiro escal o das actividades econ micas que congrega os servi os com rcio transportes finan as educa o sa
8. vocacionado para a visualiza o de informa o 0 facto de o HTML ser orientado visualiza o por pessoas enquanto o XML para ser interpretado por aplica es lt Test gt Id BB0699a rtb Id lt TestClass gt Circular lt TestClass gt lt Date gt 1999 06 22 lt Date gt lt Time gt 10 06 00 lt Time gt lt Why gt Periodic lt Why gt lt Machine gt lt Id gt 2434 lt Id gt lt Manufacturer gt XYZ lt Manufacturer gt Model ABC Model lt SerialNumber gt 123 lt SerialNumber gt lt Location gt Shops lt Location gt lt Machine gt lt Conditions gt lt Compensation gt Yes lt Compensation gt lt TempEnvironment gt 22 5 lt TempEnvironment gt lt Conditions gt Comp TempEnv Yes 22 5 q Figura 22 Id Class Date Time Why Mach Cond BB0699a rtb Circular 1999 06 22 10 06 00 Periodic Id Manuf Model Serial Loc 2434 XYZ ABC 123 Shops A Figura 22 ilustra a representa o em XML de informa o sobre testes de equipamento O documento XML topo da figura descreve a informa o presente numa base de dados em baixo desta forma poss vel trocar informa o num formato normalizado qualquer que seja a aplica o espec fica que gerou a base de dados Mais ainda poss vel que os dados sejam n o s trocados como tamb m guardados sob esta forma e com anota es adicionais t o importantes para as
9. Manufacturing Executions Systems 78 Normalmente s o tamb m inclu dos neste tipo de pacotes o software de monitoriza o fabril controlo de planeamento e gest o da qualidade J foi referida a problem tica inerente ao escalonamento Job Shop O planeamento do processo tamb m uma tarefa complexa J foram extensamente referidas as vantagens da integra o das aplica es relacionadas com a engenharia de fabrico nomeadamente o CAPP e as aplica es relacionadas com a engenharia de projecto nomeadamente o CAD Normalmente o planeamento de processo e o planeamento da produ o em sistemas industriais s o duas actividades sequenciais e distintas Contudo as Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 38 decis es feitas durante o planeamento do processo por exemplo a selec o de m quinas e a sequ ncia de tarefas restringem as poss veis escolhas para optimiza o durante a fase de planeamento da produ o Por outro lado o planeamento do processo e o escalonamento podem ter conflito de objectivos tecnologia necess ria vs utiliza o de recursos A inter operatibilidade das aplica es de software de planeamento da produ o com as de planeamento de processo no entanto relativamente mais complexa do que a desta ltima com a engenharia de processo Na ess ncia a informa o de processo utilizada de forma diferente n o sendo por isso surpreendente que a representa o da informa o de
10. aplica es na rea da engenharia de projecto O Java tem tamb m vindo a ganhar protagonismo no dom nio das aplica es industriais 92 O Java permite uma grande produtividade no desenvolvimento de software complexo e distribu do Simultaneamente o Java tem um forte poder de integra o proporcionado pela plataforma virtual JVM Java Virtual Machine Eduardo Tovar Novembro 2001 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing 44 Por estas raz es ele facilita a integra o de aplica es e sistemas computacionais a todos os n veis do ambiente industrial desde o n vel inter empresa at ao n vel da planta fabril A tecnologia Java assenta em tr s pilares que se complementam Figura 23 Por um lado a linguagem Java veio endere ar muitos dos problemas encontrados no C como linguagem de suporte ao desenvolvimento de sistemas complexos O C apresenta ainda algumas das defici ncias do C com a consequente falta de abstrac o em rela o aos mecanismos de programa o de baixo n vel mem ria din mica representa o de dados No entanto as duas grandes vantagens da tecnologia Java residem nos outros dois pilares a JVM e o conjunto de bibliotecas disponibilizadas APD A JVM permite o suporte a sistemas heterog neos atrav s do conceito de write once run everywhere De facto n o necess rio desenvolver programas para todas as plataformas existentes mas sim para a JVM que abstrai a aplica o da platafo
11. cair em catadupa ou a n o ca rem de todo Na pr xima vaga de iniciativas de e Business e daquelas capazes de sobreviver primeira vaga todos ter o em mente uma verdade b sica n o funciona sem uma cadeia de fornecedores de excel ncia ligada a uma cadeia de produtores de excel ncia O que uma empresa virtual A Virtual Enterprise is a temporary consortium of independent member companies which come together to quickly exploit fast changing world wide product manufacturing opportunities 88 Este conceito de empresa virtual ou estendida ganha outra perspectiva na era da Internet como ilustrado na Figura 20 para uma OEM Original Equipment Manufacturer adaptada de 89 Recursos e Integra o de Sistemas EMPRESA OEM Projede Componentes Montagem Distribui o e Marketing 1 f 1 M quinas e Equipamento Industrial Sistema de Fornecedores Fornecedores SMEs Distribui o Chave Os Fornecedores da Nova Produtividade na Infraestrutura Internet 1 1 1 o NORMAS EDUCA O SMEs TECNOLOGIA FORMA O EXTENS O Figura 20 Durante d cadas o modelo de sistema industrial foi dominado pelos princ pios da produ o em massa Os componentes substitu veis e a automatiza o dos processos de fabrico permitiam atingir economia de escala mas flexibilidade de concep o e produ
12. pelo que as interac es entre as aplica es utilizador servi os de administra o PDM e o sistema PDM s o as seguintes 72 Utilizador Figura 15 Na realidade este tipo de sistemas pode ter um elevado grau de complexidade que resulta da heterogeneidade de representa o de dados utilizada pelas diferentes aplica es de engenharia da a necessidade da meta base que realiza indirectamente a fun o representada no lado esquerdo da Figura 16 adaptada de Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 34 61 figura essa que permite ilustrar a efici ncia que uma troca de dados em formato neutro pode trazer E 8 E IX PER H E E a Por tradu o directa b Por interm dio de formato neutro Figura 16 Existem in meros produtos PDM no mercado 73 O PRO INTRALINK da PTC 74 e o Mataphase 75 da SRDC s o alguns dos mais importantes Historicamente os produtos PDM emergiram separadamente dos produtos CAD Por raz es bvias os produtos CAD come aram a trazer extens es ditas PDM tamb m usual hoje em dia os pacotes PDM virem associados aos produtos ERP ou SCM a prop sito da complexidade de implementa o de PDM resultantes da n o utiliza o de formato neutro de troca de dados de produto entre as diferentes aplica es envolvidas na realiza o de produto que oportuno falar um pouco mais em detalhe do STEP 62 76 A motiva o vem a pr
13. vel na constru o de armas Mas naquela altura os maquinismos com a precis o necess ria para criar componentes met licos n o existiam de todo qualquer que fosse o seu custo No S c XVIII foram inventados maquinismos para a realiza o de rodas dentadas em madeira para rel gios No final desse s culo em Inglaterra foram inventadas v rios tipos de m quinas adequadas a trabalhar a madeira Uma das primeiras hist rias de sucesso foi a do Americano Eli Terry na produ o de rel gios utilizando componentes de madeira 3 Os maquinismos para trabalhar a madeira eram simultaneamente suficientemente precisos e baratos Esses rel gios podiam ser produzidos em massa a um pre o muito mais baixo do que os rel gios feitos por artes os Em 1814 ele j produzia rel gios com componentes em lat o e a o Para obter componentes com a precis o necess ria tinha de utilizar oper rios especializados que auxiliavam nas m quinas Talvez o caso mais significativo tenha sido o da Harpers Ferry Armory 4 A hist ria remonta a 1798 quando o governo americano assinou um contacto com Eli Whitney para a produ o de 10 000 mosquetes Em 1908 ele construiu uma f brica em Whitneyville onde foi feita a produ o dos mosquetes Contudo nem todos os componentes eram completamente substitu veis As m quinas que produziam os componentes n o tinham a precis o adequada Eli Whitney despendeu um esfor o consider vel no aperfei oamento das suas m
14. 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 14 preocupa es as funcionalidades pr prias a correcta execu o temporal e a toler ncia a falhas 31 exigem o emprego de plataformas de hardware sistemas operativos RT Linux ProcessPascal 32 36 linguagens de programa o Ada 95 RT Java 33 34 e redes de comunica o espec ficas CAN Controller Area Network PROFIBUS WorldFIP 35 37 Estas tecnologias e disciplinas da ci ncia dos computadores tempo real e toler ncia a falhas n o sendo um exclusivo das aplica es industriais computacionais industriais est o contudo intimamente ligadas a eles Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 15 3 Identifica o e Modeliza o de Actividades Na sec o anterior abordaram se alguns aspectos que dizem respeito ao suporte inform tico das opera es de fabrico propriamente ditas Foi no entanto dada a motiva o para a necessidade de coordenar as actividades de projecto de produtos componentes com as opera es de fabrico e destas com o planeamento e controlo da produ o 3 1 Caracteriza o Gen rica de um Sistema de Produ o Considere se um sistema de produ o gen rico do tipo fabrico de componentes discretos por exemplo industria metalo mec nica de componentes para autom veis ou de material el ctrico Os produtos finais envolvem v rias dezenas de componentes Os componentes t m alguma compl
15. Aplica es de Software 28 aplica es industriais Sistemas de comunica o e protocolos de rede suportam as trocas de informa o 4 2 S ntese de Alguns Pacotes de Software Alguns dos mais importantes pacotes de software dispon veis para as reas da engenharia de projecto e fabrico e para as actividades de produ o incluem e Engenharia de Projecto Sistemas de Computer Aided Design CAD Sistemas de Product Data Management PDM Sistemas de Computer Aided Engineering CAE e Engenharia de Fabrico Sistemas de Computer Aided Process Planning CAPP tipicamente associados a pacotes de Management Execution Systems MES ou Manufacturing Resource Planning MRP IT Sistemas de Statistical Process Quality Control SPQC e Produ o Sistemas de Escalonamento da Produ o tipicamente associados a pacotes de MES ou MRP II Sistemas de Simula o de Produ o Diversos pacotes associados aos sistemas que realiza o as opera es de fabrico e Gest o da Empresa Sistemas MRP II ou mais recentemente sistemas de Enterprise Resource Planning ERP ou ainda mais recentemente sistemas de Supply Chain Management SCM Vamos agora analisar as caracter sticas de alguns destes produtos 4 3 Os Sistemas de CAD CAM CAE Os sistemas de CAD fornecem ferramentas para o desenvolvimento armazenamento e gest o de desenhos esquem ticos e outras formas de modelos de produto S o frequentemente usados e
16. N 56 p gs 68 74 Morris K Mitchell M Dabrowski C Fong E 1993 Database Management Systems in Engineering The Encyclopedia of Software Engineering John Wiley amp Sons Dispon vel em http www nist gov msidlibrary CIMdata 1996 Product Data Management the definition a introduction to concepts benefits and terminology Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 53 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 88 89 Gascoigne B 1995 PDM the essential technology for concurrent engineering World Class Design to Manufacturing V 2 No 1 p 38 42 The Ultimate CAD Directory Document Product Management http www tenlinks com CAD products edm htm Pro INTRALINK Workgroup Manager Datasheet http www ptc com products windchill engineering ds_prointralink htm SDRC Introducing Metaphase http www sdrc com metaphase index shtml Nasa Step Central http step nasa gov Nasa Step Centre IGES Translation Notes Dispon vel em http www nasa gov application notes iges html Manufacturing Information Systems The One Stop Information Source http www qualitydigest com sept98 html mes html Schlenoff C et al 2000 The Process Specification Language PSL Overview and Version 1 0 Specification NISTIR 6459 Dispon vel em http www mel nist gov psl Kiritsis D Xirouchakis P Gunther C
17. Processos Industriais A an lise econ mica associada ao conceito de componentes substitu veis tem associada tr s par metros P custo e a exequibilidade dos maquinismos necess rios cria o com a precis o adequada do componente Aa redu o dos custos de montagem assembly uma vez que os operadores deixam de ter de ser operadores especializados Pode se utilizar o termo manufactura em ingl s manufacturing apesar de manufactura segundo 1 significar produc o manual Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 6 redu o dos custos de repara o porque a substitui o de um componente normalizado standard menos onerosa do que se for necess rio um artes o especializado para criar um componente n o normalizado Desde os tempos pr hist ricos existem produtos com componentes substitu veis A corda de tens o de um arco pr hist rico era um componente substitu vel As setas tamb m o eram O penoso progresso em direc o ao fabrico de componentes substitu veis esteve por um lado directamente relacionado com a actividade inventiva na cria o de maquinismos capazes de os produzir com um elevado grau de precis o e por outro com a capacidade de produzir esses maquinismos em massa para reduzir o seu custo A ideia de componentes substitu veis pode ter tido origem no S c XVIII em Fran a onde os militares a viam como um objectivo desej
18. STEP da seguinte forma AP s Protocolos de Aplica o Cada AP STEP IR s uma fatia desta tarte Lime Recursos Integrados estruturas abstractas de dados Figura 17 Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 37 O processo de normaliza o e extens o do STEP tem sido progressivo mas activo desde 1994 Uma das mais recentes inova es foi a introdu o do EXPRESS X que permite integrar e gerir diferentes STEP AP s Assim passa a ser poss vel Master Schemas por exemplo um Master Product Model a partir de esquemas STEP AP disciplinares AP 203 Parte 203 para MCAD AP 204 para CAE etc alguns ainda drafts de normas ou emergentes De uma forma resumida o resultado que a associa o patente na Figura 14 passa a integra o PDM Inteligente Projecto Mec nico An lise Proj Electr nico Eng de Fabrico Ferramentas MCAD CAE ECAD EF i 1 1 li STEP AP s AP 203 P209 AP 210 AP 233 2 PDM E Inteligente Modelos Mestre Integrados Produto X Produto Y Modelo Mestre Modelo Mestre Figura 18 O que corresponde a uma implementac o STEP do modelo preconizado na Figura 15 4 5 Os Sistemas MES Os sistemas de planeamento de processo CAPP e escalonamento da produ o inserem se usualmente na categoria de dos pacotes de software conhecidas como sistemas de execu o de fabrico MES
19. Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 13 moved 800 moved 801 close moved 802 moved 803 IF iter 1 2 BETPVO 804 z 3000 ELSE SE TEVE GOA m OOO ENDIF moved 804 open moved 803 moved 2 PESE SET ENDFOR END Para executar o programa preciso enviar via porta s rie o comando run prog 1 A integra o deste tipo de equipamentos passa muitas vezes pelo desenvolvimento de inv lucros wrappers em torno de sistemas legados conforme se ilustra genericamente na Figura 3 moved 800 moved 801 close moved 802 moved 803 moved 804 open moved 803 moved 2 print FIM Wrapper Activa o de Servi o Sistema Legado Servidor Figura 3 O servidor do sistema legado poder ser uma aplica o em VisualBasic com este a interagir com o rob via objecto de controlo MsComm o que permitir a essa aplica o comunicar com outras aplica es via DDE 29 ou OLE Ali s a utiliza o de middleware como o CORBA 30 DCOM e Jini s o pr ticas correntes no suporte ao desenvolvimento de aplica es distribu das permitindo que um objecto cliente possa invocar de forma transparente um m todo num objecto servidor na mesma ou em qualquer outra m quina numa rede de comunica es Hoje em dia quase todos os sistemas equipamentos de automa o industrial s o baseados em sistemas computacionais industriais onde entre outras Eduardo Tovar Novembro
20. can not be neglected A Norman Serve esta cita o para iniciar uma breve descri o de algumas das inova es mais relevantes dos processo industriais que foram sendo introduzidas ao longo da hist ria recente O objectivo mostrar que as inova es nos processos industriais levam frequentemente d cadas a implantarem se e de alguma forma contextualizar numa perspectiva econ mica os temas abordados nas sec es subsequentes Come amos por considerar uma inova o do S c XIX a introdu o dos componentes substitu veis interchangeable parts Depois e relativamente primeira metade do S c XX a inova o inerente produ o de m ltiplos produtos A principal inova o na segunda metade do S c XX foi baseada nos avan os das tecnologias da informa o que permitiram o acelerar da automa o dos sistemas de produ o de bens Numa primeira fase a automa o por recurso aos avan os da electr nica das comunica es e dos computadores permitiu a continua o da tend ncia que visava o aumento de capital por trabalhador por forma a obter um alto grau de produtividade de trabalho A tend ncia actual ao inv s de se centrar numa estrat gia de produ o em massa Mass Production mesmo que nas ltimas d cadas associada qualidade assenta agora numa pol tica de produ o orientada ao consumidor Production for Customer Demand ou Mass Customisation 2 1 De 1800 a 1950 duas Inova es nos
21. dada a grande heterogeneidade de protocolos e funcionalidades A combina o das vantagens do RTJava com a distribui o oferecida pelo Jini permite ultrapassar os problemas actualmente existentes Utilizando Jini as aplica es residentes em cada n de uma rede industrial podem abstrair se da heterogeneidade dos sistemas de controlo distribu dos de referir o potencial da combina o do Java com o XML Esta combina o permite a cria o de aplica es que n o s utilizam a mesma tecnologia a todos os n veis como tamb m representam a informa o atrav s de formatos normalizados e de f cil processamento aumentando a flexibilidade e disponibilidade dos sistemas de informa o industriais Por ltimo uma refer ncia outra vez aos agentes inteligentes Eles s o a tecnologia ideal para a implementa o de sistemas SCM nos quais as empresas s o mesmo distribu das Eduardo Tovar Novembro 2001 Conclus o 46 6 Conclus o quase propositadamente que s neste momento se introduz mais uma sigla CIM Computer Integrated Manufacturing CIM foi durante d cadas sin nimo de expoente em mat ria de sistemas de produ o industrial Contudo hoje em dia corrente dizer se que a abordagem CIM dos sistemas de produ o industrial j teve o seu tempo de gl ria tendo sido ultrapassada por novas abordagens como o TQM Total Quality Management ou hoje em dia pelo e Manufacturing No entanto a cad ncia a qu
22. de e servi os pessoais em geral Quanto palavra Secund rio no prestigiado dicion rio de l ngua Portuguesa aparecem defini es para a palavra nos dom nios da geologia electricidade bot nica psicologia etc mas n o a defini o de Sector Secund rio da economia Se procur mos em Sector tamb m n o temos sucesso Ser que a ind stria um sector secund rio da economia Portuguesa Segundo 1 Ind stria definida como a actividade econ mica que se utiliza de uma t cnica dominada em geral pela presen a de m quinas ou maquinismos para transformar mat rias primas em artefactos acabados Ora sendo esta a defini o de ind stria n o poderemos inferir que a ind stria ser uma actividade secund ria da economia O bom senso dir que quanto muito ser uma actividade relacionada com o sector secund rio da economia N o se tratando de um in cio muito motivador para introduzir os conceitos associados Inform tica Industrial permito me introduzir duas cita es A primeira constitui a meu ver a grande motiva o para a inform tica industrial The success of tomorrow s industrial plant will depend on its ability to gather share and utilise information J T O Rourke A segunda exprime a grande dificuldade em expor num tempo t o limitado como o desta li o o que a Inform tica Industrial The world is moving so fast these days that the man who says it can t be d
23. desde o in cio do projecto at disponibiliza o do produto no mercado Time to Market Obviamente que a natureza e o timing das interac es da engenharia concorrente e da engenharia com as pr prias actividades de produ o variam consideravelmente com as empresas e com os produtos Para resumir aspectos que t m a ver com os conceitos de tecnologia de grupo GT Group Technology onde os componentes ou produtos s o semelhantes relacionados ou modulares e com as abordagens de planeamento de processo engenharia de fabrico ou ainda com o facto de a grande propor o da actividade de projecto na ind stria n o ser do tipo design from scratch as actividades de engenharia de fabrico podem ser vista em rela o mais apartada com a engenharia de projecto ou com a produ o ou nenhuma De uma forma geral est o associados engenharia concorrente os conceitos de manufacturability assemblability e transportability DFx Design for Manufacturability etc 39 40 3 3 Breve Descri o de Actividades e Interac es As principais actividades relacionadas com as engenharias de projecto com a engenharia de fabrico e com a produ o s o as seguintes PROJECTO Planeamento de Produto Especifica o Funcional Projecto de Configura o Projecto Detalhado FABRICO Planeamento de Processo Estima o de Custo Especifica o e Planeamento da Ferramenta Gera o de Programas de Controlo Num r
24. do produto por exemplo com base em ferramentas de an lise de engenharia por exemplo an lise de estruturas mec nicas por recurso a m todos de elementos finitos FEA Finite Element Analysis Modifica es no projecto podem tamb m ser feitas em resultado de feedback da engenharia de fabrico As actividades da engenharia de fabrico algumas delas ocorrem em paralelo com a engenharia de projecto s o essencialmente do tipo planeamento ou simula o importante notar que as actividades de planeamento podem ser capitalizadas para a realiza o de produtos subsidi rios O planeamento de processo especifica em detalhe a sequ ncia das opera es de fabrico que permitem a convers o de mat ria prima inacabados ou componentes num componente ou produto final tal como especificado no projecto Normalmente existem dois n veis de especifica o o planeamento de macro processos e o planeamento de micro processos O primeiro especifica a sequ ncia de opera es de fabrico a serem efectuadas num conjunto de m quinas O segundo especifica as opera es a serem executadas em cada m quina em particular A fronteira entre os dois n veis muitas vezes dif cil de delinear Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 18 Do ponto de vista funcional existem duas abordagens ao problema do planeamento de processos O planeamento de processos baseado em variantes Variant Process Planning e o planeam
25. gr ficas ou n o Elas constituem uma ferramenta importante para a valida o dos planos Ao contr rio do IDEFO que apenas permite uma modela o funcional mais tarde falar se de ferramentas usadas na modela o de informa o as Redes de Petri RDPs 56 57 permitem modelizar execu es temporais preced ncia ac es repetitivas etc As RDPs t m como grande vantagem o facto de terem simultaneamente uma forte componente gr fica de modeliza o e de poderem facilmente ser utilizadas em ferramentas de simula o e valida o de modelos din micos por exemplo de processos Tecnologia Seleccionada RDP Os elementos que permitem a defini o de uma RdP Rede de Petri s o as posi es P as transi es t as marcas ou testemunhos e os arcos de liga o entre as posi es e as transi es Figura 8 Uma posi o pode ser interpretada como uma condi o um estado provis rio uma espera ou uma posi o geogr fica Uma transi o corresponde a uma ocorr ncia ou acontecimento O testemunho pode representar uma condi o satisfeita ou que um objecto est presente numa determinada posi o geogr fica A marca o da RdP representada na Figura 8 definida pelo vector M my mo m3 m4 ms mg m7 1 0 1 0 0 2 0 A marca o de uma RdP define para um determinado instante o estado de um sistema definido pela Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Activ
26. quinas para trabalhar metal S em 1826 a Harpers Ferry Armory foi bem sucedida ap s um extenso trabalho de melhoramento das m quinas realizado essencialmente por Simeon North A produ o de componentes substitu veis foi sendo lentamente implementada durante o resto do S c XIX tornando se uma pr tica comum pelo in cio do S c XX Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 7 Durante a primeira metade do S c XX as empresas fabris foram alterando os seus sistemas de produ o de linhas de produto nico para linhas de m ltiplos produtos Chandler 5 caracterizou esta transi o definindo o conceito de economics of scope os esfor os de investiga o e desenvolvimento s o rentabilizados se a empresa produzir uma gama de produtos relacionados aS empresas economizam vendendo uma variedade de produtos relacionados O movimento de fus es no final do S c XIX foi vertical e horizontal As empresas moveram se para montante no sentido de assegurarem fornecedores de mat ria prima ou componentes e para jusante at aos consumidores finais Come aram tamb m os movimentos de concentra o de neg cio A verdadeira expans o das empresas industriais multi produto come ou nos anos 20 Ap s a segunda guerra mundial a diversifica o tornou se uma pr tica corrente 2 2 Inova es na Segunda Metade do S c XX A diversifica o de produtos criou problemas que t m ocupado os i
27. tornando os pontos cr ticos dos aparelhos produtivos Para a satisfa o desse objectivo tem muito contribu do a ci ncia e a tecnologia Nomeadamente e mais uma vez as ci ncias dos computadores e as tecnologias a eles associadas Por m as propriedades que se requerem aos sistemas computacionais industriais exigem ac es de investiga o e desenvolvimento extremamente inovadoras amplas e complexas Assim se justifica o aparecimento de uma enorme diversidade de linguagens de programa o especialmente vocacionadas para ambientes industriais pacotes e tecnologias de software espec ficas sistemas operativos espec ficos ambientes de desenvolvimento espec ficos redes de comunica o espec ficas arquitecturas de computa o espec ficas etc Eduardo Tovar Novembro 2001 O Que a Inform tica Industrial 4 Mas se bem verdade que tanto a engenharia dos computadores como a do software t m evolu do bastante nos ltimos anos nomeadamente por for a da tecnologia a verdade que estas est o ainda muito longe de atingir uma maturidade que lhes permita prestar os servi os que as aplica es mais sofisticadas da automa o industrial lhes exigem Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 5 2 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial In making genuine advances the manufacturing process generally has to be completely reorganised and the human factors
28. um produto para um outro changeover Quanto maior for o custo e mais tempo for necess rio para a transi o maior ter de ser o lote de produ o de cada produto por forma a distribuir os custos do changeover Mas a produ o de grandes lotes tem tamb m um custo escondido no sentido em que grandes stocks de produtos finais constituem tamb m investimento empatado Em sum rio quanto mais barato e mais r pido for o changeover maior ser a variedade de produtos que podem ser produzidos numa s f brica Na segunda metade do S c XX os inovadores industriais utilizaram os avan os nas tecnologias da informa o para aumentar a automatiza o da produ o mas essencialmente aumentar a flexibilidade do sistema produtivo come ando a ser implementada uma estrat gia de produ o para a procura Por diversas raz es a classifica o e tipifica o dos diferentes tipos de ind stria um desafio complexo 6 mas comum como j foi referido definir dois tipos essenciais de ind stria 7 A Ind stria de Processos Cont nuos qu micos petroqu micos cerveja Neste tipo de ind stria os sistemas de produ o est o hoje em dia fortemente automatizados costume dizer se que os oper rios da produ o sit around and watch the dials 8 A Ind stria de Componentes Discretos autom veis equipamentos el ctricos maquinaria etc Dentro da ind stria de fabrico discreto ou dos componentes substitu veis
29. Aplica es de Software 30 param trico ou feature based tamb m s funcionam na base da interpreta o humana Eles t m de ter cada vez mais liga es a sistemas de an lise de engenharia o trabalho descrito em 60 Na verdade a capacidade de interpreta o dos computadores est ainda numa fase de inf ncia uma vez que eles n o podem lidar com meta conhecimento ou contexto de informa o Tomar decis es com base em informa o incompleta como os humanos fazem um problema proeminente nos computadores apesar dos recentes avan os nessa rea 58 Os sistemas baseados em conhecimento poder o no futuro ter aqui um papel importante como descrito em 40 A tecnologia tradicional de software n o muito adequada para o objectivo de inter operabilidade autom tica Os recentes esfor os na inter operabilidade de agentes de software 59 distribu dos que comunicam recorrendo a ACL Agent Communication Language Uma mensagem ACL na realidade uma express o KQML Knowledge Query and Manipulation Language com argumentos definidos em KIF Knowledge Interchange Format A perspectiva nalgumas reas da automa o dos processos industriais dever ser por enquanto a de how to support humans with computers em vez de how to replace humans by computers Os sistemas de CAD come am a estar ligados a grandes reposit rios de informa o que s o teis na realiza o do produto como cat logos de comp
30. Engenharia dos Processos e a Engenharia da Informa o A Engenharia dos Processos recorre a ci ncias como a Modeliza o e o Controlo tem associadas tecnologias como os Sistemas Inform ticos entendido no mbito lato de tratamento e produ o de informa o e as M quinas As ci ncias que se relacionam com a engenharia da informa o s o a representa o da informa o e o processamento da informa o sendo que as tecnologias indispens veis s o os recursos f sicos que permitem introduzir processar e disponibilizar essa informa o Ora hoje em dia esses recursos s o maioritariamente os sistemas computacionais e os sistemas de comunica o pelo que s o cada vez mais relevantes os servi os prestados pela inform tica ind stria Assim podemos definir a Inform tica Industrial como sendo o ramo da Inform tica que se dedica s aplica es desta no mundo industrial A nfase que se d engenharia dos computadores e do software no mbito da inform tica industrial prende se essencialmente com tr s aspectos 1 os sistemas computacionais que equipam as instala es industriais tendem a ser cada vez mais complexos 2 os papeis dos computadores em aplica es industriais s o bem diferentes dos desempenhados por sistemas computacionais dedicados a outro tipo de aplica es 3 em terceiro porque as actividades industriais t m uma crescente tend ncia a serem suportadas por computadores heterog neos
31. Instituto Polit cnico do Porto Instituto Superior de Engenharia do Porto Departamento de Engenharia Inform tica isep instituto superior de engenharia do porto A Inform tica no Contexto da Automa o Industrial Uma Vis o Abrangente do que a Inform tica Industrial Eduardo Tovar Novembro 2001 Eduardo Tovar Novembro 2001 Resumo Estes apontamentos abordam uma tem tica extremamente actual que o conjunto de conceitos modelos funcionalidades t cnicas protocolos e interfaces que possibilita a correcta integra o de aplica es inform ticas para o dom nio das aplica es de produ o industrial Uma s ntese sobre um tema t o abrangente como o que se pretende abordar num tempo necessariamente limitado lan a um desafio importante No intuito de dar uma vis o t o completa quanto poss vel da problem tica que constitui o tema escolhida uma abordagem generalidade dos assuntos de uma forma que sendo resumida n o deixa de levantar as quest es fulcrais de cada um e de os perspectivar no contexto dos outros Em complemento procura se suscitar o interesse do leitor pela descida de quando em vez aos pormenores de uma t cnica ou conceito bem exemplificativos da discuss o Esses pormenores ser o assinalados com o t tulo Tecnologia Seleccionada para marcar claramente a mudan a de n vel de abstrac o Eduardo Tovar Novembro 2001 Indice R s ino ciun E i Indice eile tania da
32. Integration for Manufacturing Applications SIMA Program NISTIR 5662 Dispon vel em http www mel nist gov msidlibrary doc sima study bakstudy htm FIPS183 1993 Integration Definition for Function Modelling IDEFO NIST Dispon vel em http www idef com Downloads free downloads html Fowler J Luce M 1996 Systems Integration for Manufacturing Applications Program 1995 Annual Report NISTIR 5839 Dispon vel em http www nist gov msidlibrary Fowler J 1999 Systems Integration for Manufacturing Applications Program 1998 Annual Report NISTIR 6339 Dispon vel em http www nist gov msidlibrary Fowler J Carlisle M 2001 Systems Integration for Manufacturing Applications Program 1999 2000 Biennal Report NISTIR 6721 Dispon vel em http www nist gov msid sima 99 O0report lo pdf Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 52 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Petri Nets World http daimi au dk PetriNets Tovar E 1994 Apontamentos das Aulas de Inform tica Industrial Dispon vel em http www dei isep ipp pt emt Sousa P Ramos C Neves J 1999 Manufacturing Entities with Incomplete Information Actas 2nd International Workshop on Intelligent Manufacturing Systems IMS Europe 99 pp 185 193 Disp em http www dei isep ipp pt pso
33. a fun o ou conjunto de fun es espec ficas montagem pintura inspec o etc Um sistema de fabrico flex vel integra v rias c lulas e subsistemas de transporte e armazenamento apresentando um alto grau de flexibilidade agilidade efici ncia e qualidade A c lula flex vel porque as m quinas e equipamentos s o program veis NC Numerical Control PLC Programmable Logic Controller etc Por controlo num rico entende se a codifica o num rica de informa o para um controlo autom tico do posicionamento do equipamento ferramenta componente a processar 9 Para m quinas ferramenta isto pode querer significar o movimento de uma ferramenta de corte ou o movimento do componente que est a ser processado em Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 11 rela o a uma ferramenta rotativa ou ainda a mudan a de ferramentas de corte Um outro exemplo menos usual de uso de m quinas de controlo num rico na realiza o de modelos comp sitos processo industrial conhecido como LM Layered Manufacturing 21 e associado prototipagem r pida Rapid Prototyping 26 O posicionamento e inser o de um componente electr nico numa placa de circuito impresso tamb m pode ser executado por m quinas de controlo num rico Outras formas mais elaboradas de manipula o recorrem aos rob s ou manipuladores rob ticos O conceito de programa o semelhante Normalmente
34. actividades representados por caixas os fluxos de informa o representados por setas e os recursos tamb m representados por setas O IDEFO define regras para o refinamento de actividades Figura 5 retirada de 52 Os fluxos de informa o s o modelizados por setas definindo o IDEFO Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 21 uma s rie de regras quanto ao seu posicionamento e orienta o em rela o s actividades e p ginas de refinamento Cada lado da caixa tem um significado normalizado em termos de rela o caixa seta ge t More General a a H More Detailed This box is the parent of this diagram f e NOTE Node numbers shown a here indicate that the box has beendetailed The C number d or page number of the child EM diagram could have been used i instead of the node number Figura 5 Do ponto de vista de uma actividade nica os fluxos de informa o s o definidos em tr s categorias entradas setas na parte esquerdas da caixas sa das setas na parte direita da caixas e controlo setas no topo da caixa Os recursos s o representados por setas na parte de baixo das caixas de actividades Uma actividade pode precisar de recurso ou fornecer recursos O IDEF define muitas outras regras de sintaxe para as caixas e setas e de sem ntica para a rela o caixas setas Nas Figuras seguintes apresentam se alguns dos m
35. ades feita na Sec o 3 O aspecto crucial que se pretende real ar ao introduzir aqui este modelo o de refor ar a opini o de que a gest o de informa o o n cleo das Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 32 actividades industriais e a opini o de que a disponibilidade e acessibilidade de informa o prefer vel em rela o a uma pura troca de dados O objectivo dos sistemas de gest o de dados de produto integrar os pacotes CAx contribu do para ultrapassar um problema que na bibliografia aparece referenciado como Ilhas de Automa o 69 e ilustrado na Figura 13 P HM P y o d Projecto Mec nico An lise Proj Electr nico Eng de Fabrico MCAD CAE ECAD El Fe rramentas Bases de Dados Espec ficas d Figura 13 De notar que per si as bases de dados e os sistemas de bases de dados para engenharia apresentam requisitos importantes que t m a ver com a natureza dos dados de engenharia Em 70 s o identificados algumas dessas caracter sticas que t m a ver entre outros aspectos com estruturas de dados n o uniformes e imprevis veis necessidades de redes de estruturas de dados rela es m ltiplas das estruturas de dados e essas estruturas podem participar em papeis muito diferenciados necessidade de algoritmos complexos para a instancia o dos dados Em 67 os sistemas PDM s o definidos como sendo o conjunto de processos para transmitir e gerir dados de produ
36. argar ao mbito das empresas virtuais O National Institute of Standards and Technology NIST 48 atrav s do Manufacturing Systems Integration Division MSID 49 tem vindo a desenvolver a arquitectura de refer ncia SIMA Systems Integration for Manufacturing Applications 50 que se baseia num documento de refer ncia 51 tamb m elaborado no mbito dessa divis o do NIST Ser interessante fazer uma leitura breve dos relat rios anuais de projecto produzidos em 1996 53 1999 54 e 2001 55 para se ter uma ideia das Outras iniciativas do g nero s o a CIM OSA CIM Open Systems Architecture 43 44 e a PERA Purdue Enterprise Reference Architecture 45 46 Mais recentemente surgiu a arquitectura GERAM Generalised Enterprise Reference Architecture and Methodology 47 onde recentemente tem havido algum esfor o para a alargar ao mbito das empresas virtuais Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 20 iniciativas na rea das tecnologias de informa o para aplica es industriais que t m vindo a ser protagonizadas desde 1995 no mbito da iniciativa SIMA O documento 50 descreve um modelo de actividades gen ricas envolvidas no processo industrial e os fluxos de informa o para suportar essas actividades Esse documento constitui o primeiro passo em direc o ao objectivo do projecto de arquitectura SIMA identificar as fun es e interfaces necess rias aos sist
37. cr ticas a automa o agrega conhecimentos cient ficos tradicionalmente transmitidos em diversas reas da ci ncia e da engenharia os in meros recursos tecnol gicos que potencialmente permitem suportar a automa o s o extremamente diversificados e propensos a muta es profundas e constantes 2 Esta uma das reas cient fico tecnol gicas mais expostas a muta es impondo por motiva es econ micas da a rela o com a gest o uma constante necessidade de re engenharia A muta o resulta da constante evolu o tecnol gica da crescente acessibilidade econ mica e t cnica das tecnologias e da evolu o cient fica quer ao n vel da Engenharia dos Processos quer essencialmente ao n vel da Engenharia da Informa o conhecida ao n vel da automa o industrial a sequ ncia de engenharias que t m vindo a protagonizar os aspectos relacionados com a automatiza o dos processos na perspectiva lata da Engenharia da Informa o isto representa o e processamento de informa o e no caso dos sistemas mais evolu dos a produ o de informa o industriais primeiro a mec nica posteriormente a electrotecnia e a electr nica e nas d cadas mais recentes a inform tica Eduardo Tovar Novembro 2001 O Que a Inform tica Industrial 3 A Engenharia da Automa o Industrial na ess ncia uma simbiose de duas engenharias tradicionalmente encaradas como distintas e multi facetadas a
38. e aparecem novas siglas resulta em grande medida da necessidade de os consultores oferecerem novos produtos a clientes as empresas industriais cada vez mais acossados pela concorr ncia global com a promessa da salva o para os problemas e desafios N o se pretende com isto dizer que as novas abordagens s o enganosas Pelo contr rio elas possuem conceitos valiosos que podem projectar os neg cios industriais No entanto se calhar a sigla CIM ainda actual se for lida com uma nfase diferente da vers o original Uma nfase mais na integra o letra I e menos nos computadores letra C e sempre considerando o sistema produtivo a letra M como aspecto nuclear Nos prim rdios da sua utiliza o a sigla CIM poderia por exemplo aparecer definida como sendo a utiliza o do processamento de dados electr nicos e o fluxo de informa es auxiliado por computador em todos os sectores da empresa A esta vis o mais tecnol gica foi sendo acrescentada uma vis o mais estrat gica no qual o CIM come a a ser entendido como um meio para aumentar a agilidade de neg cios de uma empresa industrial atrav s de uma estrat gia orientada ao consumidor e uma produ o flex vel Pode ser tamb m adicionada uma vis o organizacional na qual o CIM passa a ser definido como um padr o de organiza o da produ o que utiliza os computadores e a automa o como ferramentas para a integra o de todas as fa
39. ectividade oferecida pela Internet o de agilizar o trabalho de engenharia ao potenciar a exist ncia de grandes reposit rios de dados de produto A este n vel a tecnologia protagonista chama se XML eXtended Markup Language Ao contr rio do HTML o respons vel pela popularidade da Internet o XML permite a indica o da estrutura l gica dos documentos visualizados ao possibilitar a especifica o da estrutura dos dados sem considera es sobre como esses dados s o apresentados o que permite ultrapassar barreiras importantes Existe tamb m uma outra especifica o o XSL eXtensible Style Language que permite a defini o de formatos para a visualiza o seja em documentos impressos seja num web browser de documentos XML Figura 21 O processador de XML o m dulo da aplica o respons vel pela leitura dos documentos XML permitindo acesso ao seu conte do e estrutura Processador Base de Dados de XML XML Figura 21 Eduardo Tovar Novembro 2001 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing 43 De uma forma sucinta as principais diferen as do XML em rela o ao HTML residem no facto de o XML ser extens vel perfis podem ser criados para certas reas os documentos XML terem que ser correctamente formatados n o permitindo adapta es de informa o por parte dos processadores o XML ter sido criado para a representa o da estrutura de informa o enquanto o HTML
40. emas de software para aplica es industriais Existem v rias normas para modela o funcional de actividades A mais utilizada para estabelecer modelos funcionais das actividades industriais o IDEFO Integration Definition for Function Modelling que corresponde norma FIPS Federal Information Processing Standards 183 52 O IDEFO foi desenvolvido no mbito do programa ICAM Integrated Computer Aided Manufacturing dos laborat rios Wright da For a A rea Americana Tecnologia Seleccionada IDEFO O IDEFO permite modelizar de forma completa e consistente as fun es actividades ac es processos e opera es necess rias serem suportadas na empresa industrial e as rela es funcionais e dados informa o ou objectos entre essas fun es uma t cnica de modeliza o que independente dos m todos ou ferramentas CASE Computer Aided Software Engineering mas pode ser utilizada em conjunto com estas para fornecer uma t cnica de modeliza o com as seguintes caracter sticas gen rica n o dependente da complexidade ou do mbito rigorosa produ o de modelos correctos e utiliz veis concisa facilita o entendimento comunica o consenso e valida o conceptual apenas representa o de requisitos funcionais flex vel suporta as v rias fases do ciclo de vida do projecto N o podendo entrar em muitos detalhes os objectos fundamentais de um modelo IDEFO s o as
41. ento de processos generativo Generative Process Planning O primeiro tira partido da tecnologia de grupo ou similaridade de produtos para de uma forma mais simples refazer o plano a partir de outros existentes O planeamento generativo mais exigente mas tamb m mais flex vel Como j foi dito a engenharia de fabrico pode fornecer feedback engenharia de projecto Por exemplo uma das sa das do planeamento do processo a estimativa detalhada dos custos de produ o informa o essa que pode levar a uma re especifica o do projecto por forma a que o custo de produ o seja mais baixo Outras actividades de planeamento relacionadas com a engenharia de fabrico incluem o planeamento NC de montagem e inspec o O planeamento de NC inclu a especifica o detalhada das estrat gias de maquina o a partir dos quais s o gerados os programas a serem executados nas m quinas de controlo num rico O planeamento da inspec o define estrat gias para a inspec o do componente ou produtos em diferentes fases do seu processo produtivo por forma a assegurar que eles cumprem as especifica es de projecto O planeamento da montagem define a sequ ncia pela qual os componentes t m de ser montados e usualmente uma outra grande fonte de feedback para a engenharia de projecto Por raz es bvias o planeamento da montagem tem tamb m a ver com a manuten o e repara o do produto As actividades de produ o correspondem s act
42. es que encontrem uma solu o aceit vel n o necessariamente ptima Em 42 s o descritas e analisadas muitas das t cnicas empregues que v o desde a programa o matem tica intelig ncia artificial distribu da agentes passando por redes neuronais e l gica difusa at mais recente abordagem ao problema do escalonamento com restri es Recentemente tem havido avan os importantes na utiliza o de metodologias baseadas no conhecimento e intelig ncia artificial para a implementa o de abordagens reactivas no escalonamento habilidade de rever o plano para fazer face a acontecimentos n o previstos 3 4 Modeliza o de Actividades e de Fluxos de Informa o Esta breve descri o das actividades envolvidas na realiza o de produtos e das suas interac es serve tamb m para motivar a necessidade de estabelecer modelos formais que descrevam essas actividades bem como os fluxos de informa o necess rios para suportar essas actividades V rias propostas t m surgido para arquitecturas de refer ncia e metodologias gen ricas que permitam enquadrar e orientar os processos de integra o empresarial Como principais exemplos podem referir se a CIM OSA CIM Open Systems Architecture 43 44 e a PERA Purdue Enterprise Reference Architecture 45 46 Mais recentemente surgiu a arquitectura GERAM Generalised Enterprise Reference Architecture and Methodology 47 onde recentemente tem havido algum esfor o para a al
43. exidade forma toler ncia etc e s o necess rios alguns processos montagem maquina o transporte manipula o e inspec o para atingir o produto final Existe uma mistura de componentes fabricados na empresa In house e de componentes provenientes de fornecedores externos Procured Os produtos t m ciclos de vida curtos 3 2 Etapas na Realiza o de Produtos Na perspectiva do processo produtivo pode dizer se que este envolve tr s etapas a engenharia do projecto de produto Design engineering a engenharia do fabrico Manufacturing Engineering e a produ o Production conforme ilustrado na Figura 4 Fun es Econ micas Marketing Vendas Compras Manuten o Suporte do Produto Gest o Financeira Engenharia de Engenharia de M Projecto Fabrico Produ o Realiza o de Produtos Especifica o de Especificagao de Especifica o de o que vai ser como vai ser quando e onde fabricado fabricado vai ser fabricado Figura 4 Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 16 Apesar destas etapas poderem ser descritas separadamente na pr tica na maioria dos sistemas industrias estas actividades sobrep em se e interagem O planeamento deliberado dessa interac o chama se engenharia concorrente Concurrent Engineering que entre outros aspectos ben fica para melhoria da qualidade do produto redu o do tempo
44. fen menos surgiram que abalaram os tradicionais m todos de gest o de empresas industriais Primeiro a Internet como ferramenta de com rcio e habilitadora de tecnologia Segundo um consumidor muito mesmo muito inst vel O consumidor mudou muito nos ltimos anos e n o vacila facilmente com o que lhe dito pelo vendedor ou com a publicidade A postura do consumidor dos nossos dias tende a ser uma de controlo habilitada pelo poder da Internet como ferramenta de compra e fonte de informa o Eu posso encomendar o que eu quiser pela Internet numa loja ou de outra forma qualquer Eu posso pedir que incluam as caracter sticas que eu quero e espero que me seja entregue quando eu precisar dele Se n o vou a outro s tio qualquer para obter aquilo de que eu preciso A capacidade de comprar on line tem sido o motor da erup o econ mica do e Business As empresas t m subido a pulso o percurso da cria o de canais e based para interagir e vender produtos a consumidores E a press o do mercado Eduardo Tovar Novembro 2001 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing 41 bolsista no sentido das empresas industriais prestarem mais aten o Internet tem intensificado ainda mais a corrida venda on line Mesmo que hoje em dia a primeira onda da dot com mania se esteja a come ar a desfazer uma segunda onda come a a formar se Acabou a abordagem mais naif de estabelecer um website e ficar a ver as ordens de compra a
45. grated Design and Manufacturing McGraw Hill International Editions New York Adair Heeley C 1991 The Human Side of Just in Time How to Make the Techniques Really Work AMACON American Management Association New York NY USA Beasley J OR Notes Dispon vel em http www ms ic ac uk jeb or mrp html Enterprise Resource Planning Research Center http www cio com foruns erp The Supply Chain Council http www supply chain org main htm Manufacturing and Robotics Links http www aylor com manufacturing and robots htm AGV Products http www agvp com applications htm Alves M Tovar E Oliveira J 1998 Towards a More Flexible Transportation System 8th International Conference on Flexible Automation and Intelligent Manufacturing FAIM 98 Portland EUA Panteliuc A Milici M Tovar E Alves M 1998 From a Line Guided to an Autonomous Vehicle a Case Study actas da European Advanced Robotics Systems Leiria Portugal EFACEC Automa o e Rob tica http www efcaec pt Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 49 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 The Computer Vision Homepage http www cs cmu edu afs cs project cil www vision html Diaz C Hopp T 1995 Evaluation of Software for Coodinate Measuring Systems Actas da SME Clinic amp Interface 95 Symposium Dispo
46. hardware Para fazer com que estes componentes funcionem de forma efectiva em conjunto preciso permitir que eles partilhem a informa o e fa am uso das capacidades uns dos outros Para haver uma integra o efectiva preciso que haja uma identifica o da Arquitectura que informa o precisa e gerada em cada sistema aque pedidos responde o sistema e que fun es executa das Especifica o de Interface que trocas de informa o ocorrem quando e que sistemas v o estar envolvidos como que a informa o trocada A inform tica industrial entendida como o ramo da inform tica que se dedica s aplica es desta nos sistemas de produ o industrial define um conjunto de arquitecturas de sistema e especifica es de interface que permitem a integra o dos componentes dos sistemas de engenharia de projecto engenharia de fabrico da produ o e dos sistemas associados s opera es de fabrico O seu mbito abarca modelos funcionais arquitectura de sistemas modelos de informa o formatos de trocas de dados protocolos e especifica es de interfaces No contexto dos protocolos e especifica o de interfaces fala se de protocolos de aplica o AP Application Protocols e de interfaces de programa o de aplica es API Application Programming Interfaces Estes protocolos e interfaces permitem a comunica o directa entre os m dulos de software das Eduardo Tovar Novembro 2001
47. ico Planeamento da Inspecc o Planeamento da Montagem Simulac o do Planeamento do Processo Verificac o de Programas de Controlo Num rico PRODU O Escalonamento da Produ o Controlo da Produ o Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 17 Planeamento das Necessidades de Materiais Planeamento dos Recursos de Fabrico Controlo do Invent rio Seguimento de Tarefas Manuten o Simula o da Produ o Processos Industriais equipamento etc Relativamente engenharia de projecto o planeamento de produto especifica o do problema de projecto e especifica o funcional decomposi o funcional do projecto s o normalmente duas actividades para as quais n o existem ferramentas de suporte baseadas em computador pelo menos nas reas de produ o industrial que aqui estamos a abordar Na ess ncia o projecto de configura o produz a seguinte informa o estrutura de montagem desmontagem especifica o de materiais estima o preliminar de custos aspectos de seguran a aspectos ambientais etc O projecto detalhado dever produzir entre outras a seguinte informa o desenhos detalhados ou modelos de produto resultados de estudos de engenharia estima o detalhada de custos prot tipos n o funcionais em estereo litografia etc Z A fase de projecto iterativa Normalmente ocorrem processos de re engenharia que visam a melhoria
48. idades RdP A evolu o de estado corresponde a uma evolu o da marca o evolu o essa que se produz por disparo de transi es Uma transi o est disponibilizada por uma determinada marca o se cada uma das suas posi es precedentes disp e de pelo menos um marca O disparo de uma transi o compreende duas opera es simult neas a cada posi o anterior transi o retirada uma marca a cada posi o posterior transi o adicionada uma marca Admita o seguinte exemplo de c lula de fabrico Figura 9 Os componentes v o chegando a Buf in e dever o ser processadas indistintamente numa das duas m quinas Cada m quina s poder processar uma componente de cada vez Depois de processada a pe a dever ser colocada em Buff out O rob utilizado para todas as opera es de transporte Admita ainda que os buffers t m capacidade ilimitada C lula de fabrico Figura 9 Admitindo que o projecto do planeamento de processo macro process planning era o que est modelizado na Figura 10 uma ferramenta inform tica de simula o e valida o de processo baseada em RdPs os estados e as din micas das RdP s o modeliz veis por uma equa o alg brica a equa o fundamental da RdP identificava situa es de bloqueio por exemplo o representado na Figura 11 em rela o ao recurso partilhado rob Uma m quina precisa de estar livre para que o Rob inicie a opera o de transporte 24
49. ilayel Culley IDxeexesestjoxEaH eid eee joyeeie Wabi c 223 7 2 MECHANICAL CONTEXT detailed design 3 mechanical 3 APPLICATION_CONTEXT Control the configuration of three dimensional design 300 APPLICATION_PROTOCOL_DEFINITION AP definition Seas ECONTENT OL AES Lonn LE SL SE 4 4 CC DESIGN PERSON AND ORGANIZATION ASSIGNMENT 5 8 1 5 PERSON AND ORGANIZATION 6 7 iis oes SONT 7 5515 0 5 7 nao Vo usps AS SJ 7 ORGANIZATION NVI Michigan New Ventures Inc An engineering and research center 8 PERSON_AND_ORGANIZATION_ROLE design_owner 9 PRODUCT_RELATED_PRODUCT_CATEGORY detail Part Type for product LAMA Gly he O STEP define uma s ria de protocolos de aplica o APs Os APs definem a utiliza o sem ntica dos dados STEP para um determinado contexto de aplica o Os APs definem completamente o modelo da actividade suportada os requisitos de informa o modelizados com recurso de terminologia espec fica do dom nio e um modelo EXPRESS que interpreta os requisitos de informa o por utiliza o daquilo que em STEP de designam recursos integrados IR Os IR s o modelos abstractos que funcionam como base para todos os APs Por exemplo o ISO 10303 42 Parte 42 define as estruturas de dados abstractas relacionadas com a representa o geom trica e topol gica o 45 as dos materiais e o 46 o da visualiza o Por isso pode se representar a arquitectura do
50. industrial s o a chave para a disponibiliza o daquela informa o de forma eficiente All agree that the e Manufacturing term is much like the phrase e Business One day the e will be so common it s no longer needed It will be manufacturing as usual 87 Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 48 7 Refer ncias 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Costa J Melo A 1998 Dicion rio da L ngua Portuguesa 8 Edi o Porto Editora Magalh es A Almeida F 1996 Falando de Automa o Documento de Reflex o do DEMEGI FEUP Bourne R 1995 Invention in America Fulcrum Publishing Golden Smith M 1981 Eli Whitney and the American System of Manufacturing Pursell C editor Technology in America MIT Press Cambridge Chandler A 1988 The Essential Alfred Chandler Essays toward a Historical Theory of Big Business Harvard Business School Press Cambridge North American Industry Classification System NAICS http www naics com Groover M 1986 Automation Production Systems and Computer Integrated Manufacturing Prentice Hall International Editions Norman A 1993 Informational Society a Theory of Discovery Invention and Innovation Kluwer Academic Publishers Boston Bedworth D Henderson M Wolfe P 1991 Computer Inte
51. ividades relacionadas com o dom nio onde as opera es de fabrico propriamente ditas ocorrem Estas s o especificadas durante a fase de engenharia de fabrico que gera a informa o essencial para o seu controlo Contudo outra informa o de controlo gerada por outras actividades do dom nio das actividades de produ o Em parte isso deve se ao facto de os recursos de fabrico serem partilhados por uma gama de componentes produtos e n o por um s componente produto As actividades de produ o determinam os produtos componentes a ser fabricados em cada instante a ordem pela qual s o produzidos bem como a aloca o de recursos para a sua produ o No caso vertente da produ o do tipo job shop determinar um bom escalonamento da produ o pode significar para uma empresa industrial a diferen a entre o lucro e o preju zo Mesmo para sistemas industriais o n mero de possibilidades de ac o torna se t o grande que se torna quase imposs vel obter uma solu o ptima para o problema Em geral os problemas de escalonamento job shop pertencem classe de problemas NP complete 41 e por isso s o dos mais dif ceis de formular e resolver A maioria dos esfor os para modelizar e Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades 19 solucionar os problemas de escalonamento t m se centrado ou na simplifica o do problema por exemplo por decomposi o ou na aplica o de heur sticas eficient
52. m quatro grandes reas de aplica o projecto mec nico MCAD projecto electr nico incluindo circuitos integrados ECAD cartografia e arquitectura Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 29 O desenho mec nico foi historicamente o primeiro mercado para os produtos CAD e cobre essencialmente a modela o de forma especifica o de materiais a documenta o funcional dos componentes e a estrat gia de montagem Tipicamente as capacidades dos sistemas de CAD incluem cria o do modelo edi o e visualiza o plano de montagem do componente e dos subsistemas do componente desenho 2 D incluindo dimens es e toler ncias modela o 3 D s lidos wireframe superf cies anota es toler ncias tipo de acabamento da superf cie materiais etc documenta o do projecto metodologia de montagem surface blending e jornaliza o vers o controlo de revis o etc Mais recentemente come aram a ser introduzidas algumas caracter sticas importantes como sendo a modela o param trica projecto de produto em que as dimens es n o s o fixas a modela o com restri es ainda mais poderosa do que a param trica porque permite especificar restri es como estas dias superf cies planas s o paralelas ou o c rculo A conc ntrico com o c rculo B o que permite que se mantenham estas caracter sticas quando o projecto modificado a modela o baseada em bibliotecas de fea
53. n vel em http www eil utoronto ca entmethod cimosa cim html Williams T 1994 The Purdue Enterprise Reference Architecture Computers in Industry Vol 24 N 2 3 Rathwell G Introduction to PERA Dispon vel em http www pera net Ind PERA html IFIP IFAC Task Force 1999 GERAM Generalised Enterprise Reference Architecture and Methodology vers o 1 6 3 dispon vel em http www cit gu edu au bernus taskforce geram versions geram 1 6 3 v1 6 3 html The National Institute of Standards and Technology NIST http www nist gov Manufacturing Systems Integration Division MSID do MEL NIST http www mel nist gov msid Uma das mais importantes valias do Website da MSID o seu reposit rio de publica es on line http www mel nist gov msidlibrary Tendo dispon veis centenas de publica es que cobrem todo o per odo de actividade da divis o de 1982 at actualidade l que se podem encontrar dispon veis para download algumas das mais citadas ver ResearchIndex The NECI Scientific Literature Digital Library http citeseer nj nec com publica es na rea Barkmeyer E editor 1996 SIMA Reference Architecture Part 1 Activity Models NISTIR 5939 Dispon vel em http www mel nist gov msidlibrary Barkmeyer E Hopp T Rinaudot G editores 1995 Requisite Elements Rational and Technology Overview for the Systems
54. n vel em http www mel nist gov msidlibrary Marsan A Kumar V Dutta D Pratt M 1998 An Assessment of Data Requirements and Data for Layered Manufacturing NITSIR 6216 Dispon vel em http www mel nist gov msidlibrary IST 1999 11316 R Fieldbus http www rfieldbus de PROFIBUS http www profibus com Tovar E Vasques F 1999 Cycle Time Properties of the PROFIBUS Timed Token Protocol Computer Communications Vol 22 No 13 pp 1206 1216 Elsevier Science Dispon vel em http www hurray isep ipp pt Tovar E Vasques F Pacheco F Ferreira L Industrial Multimedia over Factory Floor Networks HURRAY TR 0124 Dispon vel em http www hurray isep ipp pt Jurrens K 1993 An Assessment of the State of the Art in Rapid Prototyping Systems for Mechanical Parts NISTIR 5335 Dispon vel em http www mel nist gov msidlibrary Alves M Brand o V Tovar E 2001 Specification of the Manufacturing Automation Field Trial HURRAY TR 0130 Eshed Robotec 1994 ACL Advanced Control Language Eshed Robotec Lederhofer A Tovar E Alves M 1996 Using MMS is not Always Difficult the Case of a Shop Floor Monitoring Application actas da IMACS Multiconference on Computational Engineering and Systems Applications CESA 96 Lille Fran a pp 490 497 Tovar E et aL 1995 CCE An Integrated Platform for Distribu
55. necessidade de coordenar o fluxo de materiais dom nio da engenharia de fabrico e produ o e por outro da 2 necessidade de coordenar esfor os de concep o e especifica o de produtos cada vez mais complexos e com ciclos de vida cada vez mais curtos dom nio das engenharias de concep o e de fabrico 2 3 O Suporte Produtivo Flexibilidade e Evolutibilidade A linha de montagem esbo ada na Figura 1 tem como j foi referido uma s rie de desvantagens Primeiro o conjunto de mat rias primas e de produtos interm dios work in progress grande o que poder significar investimento n o realizado Segundo e n o menos importante a abordagem exige espa o adicional para os stocks interm dios o que dependendo do que est a ser produzido pode representar um problema importante quando espa o um bem escasso e caro Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 10 O Jap o um pa s com uma rea territorial poucas vezes maio do que a de Portugal mas onde s 15 da sua rea adequada constru o de plantas fabris N o por isso de admirar que tenha sido o Jap o durante a segunda metade do S c XX a contribuir com algumas das mais relevantes inova es nos processos industriais No dom nio da gest o dos sistemas produtivos o Jap o introduziu h algumas d cadas o conceito de Just in Time JIT 10 com a nfase na redu o do invent rio fabril Inventor
56. novadores h mais de 50 anos Produzir m ltiplos produtos numa s f brica cria pelo menos dois problemas que preciso ultrapassar 1 ter a mat ria prima ou o componente inacabado no s tio e instantes correctos do processo produtivo 2 determinar o lote production run adequado procura A entrada podem ser componentes para montagem no caso de sistemas de produ o discreta discrete parts manufacturing ou uma combina o de qu micos no caso de sistemas de produ o cont nua continuous process A solu o mais simples para o problema de coordena o primeiro problema ter armazenamento de mat rias primas ou de interm dios nas entradas de cada esta o do processo produtivo Figura 1 Fica assim facilitada a execu o do escalonamento das tarefas bem como o controlo de qualidade j que os oper rios podem escolher o componente ou inacabado dentre aqueles dispon veis na caixa Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial 8 Stock X 1 Stock X Pus e d Esta o X 1 Esta o X Esta o X 1 Figura 1 Esta simples solu o tem inerente um problema de custo uma vez que as mat rias primas os componentes e os inacabados s o investimentos financeiros que n o t m retorno at que a empresa obtenha o pagamento pela venda do produto final Os aspectos econ micos do segundo problema s o condicionados pelo custo e tempo para passar da produ o de
57. o eed eg A esd sd gem udetpRdEednt ii 1 O Que a Inform tica Industrial cecccceeeeccceceeeeneeeeeeecceeeneeecesneeeeeeeseneeeeeneeeess 1 1 1 Ind stria um Sector Secund rio da Economia sese 1 1 2 Uma Breve No o do que a Inform tica Industrial ssesss 2 2 Uma Perspectiva Econ mica da Inova o Industrial eese 5 2 1 De 1800 a 1950 duas Inova es nos Processos Industriais 5 2 2 Inova es na Segunda Metade do S c XX 7 2 3 O Suporte Produtivo Flexibilidade e Evolutibilidade 9 Tecnologia Seleccionada Wrappers eese eene nennen Il 3 Identifica o e Modeliza o de Actividades eese 15 3 1 Caracteriza o Gen rica de um Sistema de Produg o sss 15 3 2 Etapas na Realiza o de Produtos esee 15 3 3 Breve Descri o de Actividades e Interac es seee 16 3 4 Modeliza o de Actividades e de Fluxos de Informa o 19 Tecnologia Seleccionada IDEFO eese 20 Tecnologia Seleccionada RDP sess eene eene enne 23 4 Aplica es de Software onustus teilte it RR TORRES 27 4 1 Aspectos Gen ricos da Integra o da Informa o sess 27 4 2 S ntese de Alguns Pacotes de Software
58. ock Material Recurso Recurso M quina Ferramenta Figura 19 Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 39 Tecnologia Seleccionada PSL O PSL baseia se em ontologias Uma ontologia uma defini o formal de uma entidade no seu dom nio as propriedades que possui as rela es em que participa as restri es a que est sujeita os padr es de comportamento que exibe 81 Todos os conceitos na terminologia do PSL s o definidos utilizando KIF j anteriormente mencionado 59 Que benef cios pode o utilizador ter com o PSL Em 82 s o relatados os sucessos de 1998 de troca de informa o de processo entre a ferramenta de modela o de processos ProCAP 83 e a ferramenta de escalonamento ILOG 84 e o sucesso de 2000 na troca de dados de processo entre a ferramenta de planeamento de processo MetCAPP 85 e o pacote de simula o Quest 86 Conceitos inerentes ao PSL e Entities activity activity occurrence timepoint object e Relations before between beforeEq betweenkq is occurring at participates in exists at e Functions Beginof endof Exemplo de ontologia PSL definida em KIF defrelation duration a d eee UE 552 gt and tl Beginof a t2 Endof a d time minus t2 t1 Exemplo de tradu o de defini es O conceito ilcActivity no ILOG mapeado para o conceito activity do PSL se e s se activity simultaneamente primitive e n
59. odelos IDEFO definidos para a arquitectura SIMA figuras retiradas de 50 Eduardo Tovar Novembro 2001 Identifica o e Modeliza o de Actividades Product Tolerance Production Manufacturing PAPMode cordas Standards Requirements Calendar External Evaluation Coretrints Constraints Guidelines Planning Policies Product TOK Customer gt needs order status init J sy Preductinventory FF Cost reports as Realize Products cin a mE hel rts Productorders 4 Production TUER cost estimates e Facility Receiving reports 9 Facility cost P irgi plars estimates Tooling natertals Prersorndl actions p Plant orders juipmentltabor gt pe Equiprnent orders Er Toolingimatenals Ao orders Component Materials Time amp cost catalogs knowledge ref data QFD Design process Design Material Process methods knowledge knowledge stock desc models Evaluation Machiriability data knowledge Resource desc Mfg process knowledge SIMA Manufacturing Activity Model Node A 0 Realize Products Figura 6 Extemal Product Design Evalusion Tolerance Production Planning Manufacturing PRP Modal Constraints Standards Constraints Guidelines Standards Requirements Polides Calendar Engineering assignments
60. ondet res activity Tarar 2e gt and nondet res activity a primitive a lt gt ilcActivity a activity a Eduardo Tovar Novembro 2001 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing 40 5 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing Once upon a time the plant floor was isolated from the rest of the enterprise operating autonomously and out of sight from the rest of the company and in particular from the scrutiny of a company s shareholders No more PLANT FLOOR MEET WALL STREET 87 5 1 A Inova o no In cio do S c XXI Tradicionalmente a f brica era o sangue vital de qualquer empresa fabril o s tio onde a mais valia era criada Evidentemente continua a ser assim hoje em dia n o obstante este mundo maluco das dot com Mas medida que as industrias se consolidam e re estruturam algumas empresas mant m se como as produtoras dos bens enquanto que outras se posicionam por exemplo a jusante na cadeia de valor para comercializarem esses produtos Em quase todas as industrias organiza es fortemente integradas com a cadeia de valor como o popular exemplo da Dell Computer e a sua extensa lista de web suppliers est o a emergir Neste novo paradigma a liga o da planta fabril realidade mais vasta que a cadeia de valor torna o acesso informa o cada vez mais cr tico A Internet e o e Commerce est o a acelerar essa tend ncia No final dos anos 90 dois
61. one is generally interrupted by someone doing it E Hubbard Eduardo Tovar Novembro 2001 O Que a Inform tica Industrial 2 1 2 Uma Breve No o do que a Inform tica Industrial Nos ltimos anos os esquemas de produ o t m mudado drasticamente Se por um lado isto se deve crescente competi o entre as empresas por outro deve se ao enorme desenvolvimento das tecnologias em particular da tecnologias de informa o TI Em abstracto todas as estrat gias de produ o visam um conjunto de objectivos Se entendidos nas suas diversas vertentes esse conjunto de objectivos corresponde a um s mais lato o aumento da competitividade e do lucro Sendo o objectivo de qualquer empresa industrial moderna o do aumento da competitividade os meios s o eventualmente automatizar informatizar equipar racionalizar organizar etc A automatiza o industrial entendida no senso lato de que com ela se pretende a realiza o autom tica de processos industriais um meio para atingir esse fim A engenharia da automa o industrial caracteriza se por agregar uma grande diversidade de conhecimentos cient ficos e recursos tecnol gicos Por isso e contrariamente a outras reas de engenharia a engenharia da automa o industrial requer equipas de indiv duos dotados de conhecimentos e de experi ncias diversificadas as reas da sua interven o s o numerosas diversificadas e cada vez mais complexas ambiciosas e
62. onentes bases de dados de materiais etc As normas para a troca de descri es de produto como o STEP s o extremamente importantes Em 61 feito um historial e uma an lise comparativa das normas que t m dominado ao longo dos tempos at ao actual STEP STandard for the Exchange of Product model data 62 passando por os ainda muito utilizados IGES Initial Graphics Exchange Specification e DFX Design eXhange Format O STEP vai ser referido mais em pormenor pela protagonismo que tem vindo a adequirir como ferramenta de integra o de informa o de produto Existem dezenas de fabricantes de sistemas CAD ou CAD CAM CAE 63 Alguns dos mais importantes s o a PTC com a fam lia de produtos PRO ENGINEER 64 a Autodesk com a fam lia de produtos Mechanical Desktop 65 e a Dassault Systemes com a fam lia de produtos CATIA 66 4 4 Os Sistemas PDM Antes de entrar em alguns detalhes inerentes aos sistemas de gest o de dados de produto sistemas PDM Product Data Management ser interessante analisar Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 31 o modelo de refer ncia de actividades industriais proposto em 38 e sumariado na Figura 12 Gest o da Empresa Eng de Recursos Eng de Produto Produ o Estrutura de Informa o de Encomendas Gest o da Informa o Estrutura de Informa o de Produto Estrutura de Informa o de Recursos
63. op sito de podermos considerar que com a abordagem representada na Figura 14 conseguida uma associa o de modelos mas n o uma integra o de modelos Tecnologias Seleccionadas STEP e EXPRESS O STEP STandard for the Exchange of Product model data corresponde norma ISO 10303 Industrial Automation Systems and Integration Product Data Representation and Exchange 1994 produzida pelo ISO TC184 SC4 A norma especifica uma linguagem de defini o de dados o EXPRESS 62 formas de implementa o troca de ficheiros e APIs recursos de integra o IRs e protocolos de aplica o espec ficos dos dom nios de aplica o O EXPRESS uma linguagem formal de modeliza o de informa o Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 35 interpret vel e de implementa o neutra Modeliza estruturas de dados rela es e restri es Utiliza conceitos importados do Ada 95 Algol C C Euler Modula 2 Pascal PL 1 e SQL e tem conota es com a orienta o ao objecto OO objectos STEP O EXPRESS parte do STEP e por isso corresponde norma internacional ISO 10303 11 Exemplo de EXPRESS ENTITY approval person organization person organization person organization select authorized approval approval role approval role END ENTITY approval person organization ENTITY approval relationship name label description OPTIONAL text relating approval ap
64. pp 11 30 Elsevier Science Dispon vel em http www hurray isep ipp pt Wijnker T Lutters D Van Houten F Kals H 2001 Integration of Data Management Systems with an Ontology Based Information Management System Actas da Computers and Information in Engineering Conference DECT2001 CIE 21248 Pittsburgh USA Dispon vel em http www opm wb utwente nl staff dirk Research Publications eng htm Regli W 1995 Automated Manufacturability Analysis A Survey NISTIR 5713 Dispon vel em http www nist gov msidlibrary Allada V Feng S Ray S 1997 Development of a Message Model to Support Integrated Design and Manufacturing Actas International Conference on Industrial Engineering Applications amp Practice San Diego CA Dispon vel em http www nist gov msidlibrary Crescenzi P Kann V editors 2000 A Compendium of NP Optimization Problems Dispon vel em http www nada kth se viggo problemlist compendium html Jones A Rabelo L 1998 Survey of Job Shop Scheduling Techniques NISTIR Dispon vel em http www nist gov msidlibrary ESPRIT AMICE Consortium eds 1991 CIMOSA Open System Architecture for CIM Segunda Edi o Springer Verlag Tham K CIM OSA Enterprise Modelling Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 51 45 46 47 50 51 52 53 54 55 Dispo
65. processo nas aplica es seja tamb m diferente A grande dificuldade no desenvolvimento de uma norma para troca de informa o de processo que muitas vezes as aplica es associam significados diferentes termos representando informa o Por exemplo no caso de workflow o termo recurso usualmente conotado com a informa o que necess ria para tomar uma decis o Num sistema de planeamento de processo recurso significa a pessoa ou a m quina que vai executar uma determinada tarefa Se se pretendesse integrar estas duas aplica es a abordagem n o ponderada seria mapear os dois recursos o que n o traria bons resultados A PSL Process Specification Language 79 80 est a ser desenvolvida tendo em vista a obten o de uma linguagem neutra e normalizada para especifica o de processo e servir de l ngua secund ria a aplica es onde a informa o de processo seja relevante Esta linguagem de troca de dados nica devido s defini es sem nticas formais ontologia em que ela assenta Desta forma explicita e n o amb gua a troca de informa o pode ser conseguida sem ser com base em suposi es ou mapeamentos subjectivos Por que que as duas aplica es representadas na Figura 19 t m de partilhar a sua sem ntica isto os significados das suas respectivas terminologias Aplica o A Aplica o Relacionada Relacionada com o Processo com o Processo Material Workcin Progress Inacabado St
66. proval related approval approval END ENTITY approval relationship ENTITY approval role role label DERIVE description text get description value SELF WHERE WRI y SS REZENSION SEE 7 PDM SCHEMA 5 E DESCRIPTION_ATTRIBUTE DESCRIBED_ITEM lt 1 END ENTITY approval role O STEP suporta troca de ficheiros tamb m conhecidos por STEP File ou Part 21 File Os ficheiros STEP t m codifica o clara de texto basicamente ASCII Cada linha do ficheiro uma inst ncia da entidade s quais atribu do um n mero arbitr rio a chave A chave utilizada para referencia o entre entidades O STEP define uma norma de acesso aos dados a SDAI Standard Data Access Interface A SDAI uma API que permite o acesso a objectos STEP existentes em bases de dados ou aplica es A SDAI suporta linguagens de programa o como o C C CORBA IDL ou Java Exemplo de um ficheiro STEP Part 21 File Se Sze HEADER FILE DESCRIPTION STEP conformance test data AP203 instantiation lol Cie aerea Wo UD 173 ELEGE NAMED oy mil jo ZL VIL OS O7S 2Z9 mie29 212 ME Green ar Black New Ventures Inc M2 OPES 7717 Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 36 Middleton renan 50800 NIST Data Probe Release March 1993 conformance test sueco Ugo d Wins FILE SCHEMA CONFIG CONTROL DESIGN ENDSEC DATA ER OD UC PALA 2 Mse
67. rio de Comunica es da Conference on Information Technology for Engineering and Manufacturing http www mel nist gov div826 msid sima item2000 htm 92 JISA 1999 Java Technology for Networked Real Time and Embedded Technologies http www jisal999 com Eduardo Tovar Novembro 2001
68. rma utilizada A API do Java por sua vez possui um n mero crescente de bibliotecas Aplica o Aplica o em formato independente C digo Compilador x Bibliotecas m EX Windows Execuc o da mesma aplicac o em qualquer plataforma Figura 23 Para as aplica es com menores requisitos do ponto de vista temporal o Java j hoje em dia bastante utilizado Portanto comum encontrar aplicag es Java a integrar aplica es de planeamento e gest o ou em sistemas offline como ferramentas de simula o e desenvolvimento O uso do Java ao n vel do processo de controlo industrial ainda rara devido falta de desempenho e determinismo propiciado execu o das aplica es a este n vel que tecnologias como RTJava 33 extens o ao Java para suportar aplica es com requisitos temporais mais cr ticos e PicoJava processador que executa directamente c digo Java s o importantes para a utiliza o da linguagem ao n vel dos sistemas computacionais de controlo Eduardo Tovar Novembro 2001 Um Novo Modelo de Neg cio o e Manufacturing 45 A introdu o do Java a este n vel tanto mais importante por facilita a integra o do n cleo de qualquer empresa industrial a planta fabril as aplica es de gest o e engenharia Uma das caracter sticas mais relevantes dos controladores e redes de comunica o industriais utilizados no ambiente fabril a sua dificuldade de integra o
69. s o definidos pontos no espa o tridimensional e a programa o permite a defini o de movimentos com base em pontos pr definidos rota es de eixo e actua o dos dispositivos manipuladores por exemplo garras A seguir ser apresentado um exemplo n o muito elaborado de programa o rob tica O objectivo ilustrar alguns conceitos de programa o de um rob espec fico mas essencialmente ilustrar o problema associado a integra o de equipamentos com interfaces heterog neas num sistema de controlo que coordena a actividade de um sistema flex vel de fabrico Uma das possibilidades integrar equipamento legado antigo a constru o de inv lucros wrappers conforme ser sucintamente explicado Tecnologia Seleccionada Wrappers O projecto Europeu R Fieldbus 22 visa o desenvolvimento de uma rede de comunica es baseada numa rede local industrial o PROFIBUS 23 mas com suporte a comunica es multim dia 25 e wireless Para validar a arquitectura de comunica es est a ser desenvolvido um piloto industrial no ISEP 27 O processo produtivo considerado corresponde a um sistemas de inspec o visual autom tica e classifica o de componentes O sistema vai ter uma relativa complexidade combinando AGVs rob s e tapetes rolantes autom ticos formando o conjunto uma c lula industrial de transporte inspec o e manipula o integrada e automatizada Figura 2 Eduardo Tovar Novembro 2001 Uma Perspec
70. ses do ciclo de vida de fabrico do produto desde a sua concep o at sua comercializa o Este padr o deve ser associado s decis es nas suas vertentes de estrat gia de produ o informatiza o e cultura t cnica Tudo isto somado resulta num novo conceito de CIM onde a palavra chave info conectividade de todos os subsistemas que protagonizam a empresa estendida industrial Por um lado a automatiza o dos processos de troca de informa o incluindo os necess rios mapeamentos permite aumentar a agilidade diminui o dos tempos Eduardo Tovar Novembro 2001 Conclus o 47 de resposta Por outro lado permite aumentar a qualidade das decis es por serem tomadas com base em informa o actualizada e consistente De qualquer forma e se CIM for mais redutor do que Empresa Virtual ser sempre prefer vel o termo e Manufacturing pela sua maior conota o com o equipamento industrial And in the race to e business one can not forget the plant floor electronic management of the factory and the product is crucial to the e Business effort 90 A planta fabril o ponto de partida para a info conectividade Os sistemas de fabrico baseados em computador m quinas NC sistemas de controlo distribu dos rob s sistemas de transporte e armazenamento autom tico etc geram abundante informa o sobre produtividade qualidade e instantes de execu o temporal E as modernas arquitecturas de automa o
71. ted Manufacturing Applications ISBN 3 540 59060 9 Springer Verlag Berlim Verissimo P Casimiro A Pinho L Vasques F Rodrigues L Tovar E 2000 Distributed Computer Controlled Systems the DEAR COTS Actas do 16th IFAC Workshop on Distributed Computer Control Systems DCCS 2000 Sydney Australia November 29 December 1 2000 pp 128 135 Dispon vel em http ww w hurray isep ipp pt RTLinux The Realtime Linux http www rtlinux org Eduardo Tovar Novembro 2001 Refer ncias 50 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 J Consortium http www j consortium com Ada Power Development Resourse Tools http www adapower com Pinho M Vasques F Tovar E 2000 Integrating Inacessibility in Response Time Analysis of CAN Networks actas do 3rd IEEE International Workshop on Factory Communication Systems WFCS 2000 Porto Portugal pp 77 84 Dispon vel em http ww w hurray isep ipp pt Mendes A Ferreira L Tovar E 2000 Fieldbus Networks Real Time from the Perspective of the Application Tasks Actas do 3rd IEEE International Workshop on Factory Communication Systems Porto Portugal pp 275 282 Dispon vel em http www hurray isep ipp pt Tovar E Vasques F 2000 Distributed Computing for the Factory floor a Real Time Approach Using WolrdFIP Networks Computers in Industry Vol 44 No 1
72. tiva Econ mica da Inova o Industrial 12 RBI 000 O ju Ha iQ SA2 SAI IY Y E AGVI Descar 3 Descar 1 R1 i i Figura 2 Foquemos em particular nos manipuladores rob ticos R1 e R2 Estesrob s da Eshed Robotec t m um controlador PC Industrial para onde poss vel descarregar programas de controlo de traject ria e manipulag o escritos em ACL Advanced Control Language 28 O ACL permite definir pontos no espago tridimensional executar movimentos simples e compostos etc O controlador do rob tal como acontece em muitos sistemas menos sofisticados ou mais sofisticados mas antigos permite comunica es com o exterior via porta s rie RS 232 O controlador pode funcionar como servidor de um terminal comandos ACL digitados na linha de comando Exemplo de uma sequ ncia de comandos moved 800 moved 801 close moved 802 moved 803 moved 804 open moved 803 moved 2 Esta sequ ncia de comandos linha pode alternativamente fazer parte de um programa residente no controlador s o acrescentadas estruturas de controlo repetitivo e condicional instru es de altera o do valor de coordenadas cartesianas e instru es de comunica o com o exterior print utilizado para enviar mensagens do rob para o controlador para ilustrar mais algumas funcionalidades permitidas pelo ACL FOR iter 1 1 TO 2 Eduardo Tovar Novembro 2001
73. to dados esses que s o criados e detalhados pelas diferentes reas da empresa e durante o ciclo de vida do produto De um modo mais geral os sistemas PDM podem ser definidos como sendo uma tecnologia de software que gere todas as informa es e processos relativos ao ciclo de vida de um produto visando explorar ao m ximo os benef cios da engenharia concorrente 68 V rios autores dividem de modo diferente as funcionalidades de um sistema PDM Uma das defini es mais aceites foi a proposta em 71 que divide as funcionalidades de sistemas PDM em fun es principais e fun es complementares As fun es principais s o a de cofre de dados vault que inclui a gest o de workflow a gest o das estruturas de dados dos produtos a identifica o e classifica o de items a gest o de projectos As fun es complementares visam suportar actividades de comunica o e notifica o o Eduardo Tovar Novembro 2001 Aplica es de Software 33 transporte e convers o de dados e a visualiza o e introdu o de coment rios markup em documentos Pretende se atingir a seguinte realidade por contraposi o representada na Figura 13 AT AT AT EE Projecto Mec nico An lise Proj Electr nico Eng de Fabrico MCAD CAE ECAD EF Ferramentas Sistema Ca Ca Ca Cs PDM Modelos ED Modelos Item X Item Y Figura 14 Normalmente est associado ao PDM uma base de meta dados dados sobre os dados
74. tures e codifica o de tecnologias de grupo GT Muitos sistemas de CAD s o publicitados como sendo sistemas de CAD CAM Computer Aided Design and Manufacturing porque suportam directamente algumas opera es relacionadas com a gera o de programas de controlo num rico para m quinas ferramenta Tool Path Generation verifica o de colis es entre ferramenta e componente s etc programas para m quinas de inspec o CMM ou AVIS gera o de ficheiros STL para estereolitografia em sistemas de prototipagem r pida Obviamente que muitos sistemas de CAD fornecem mecanismos de liga o a pacotes de an lise de engenharia elementos finitos aerodin mica toler ncia cinem tica etc A maioria dos sistemas de CAD actuais tem uma s rie de insufici ncias Por exemplo o projecto de configura o quase naturalmente uma abordagem top down que come a pela ideia de montagem do produto refinando se depois os n veis de detalhe at aos componentes individuais Infelizmente esta ideia n o implement vel na maioria dos sistemas de CAD dispon veis sendo estes mais adequados concep o de componentes individuais por raz es hist ricas seguindo se depois a cria o de modelos assemblados portanto de uma forma bottom up As interliga es com o CAE por exemplo FEA s parcialmente s o automatizadas a engenharia das toler ncias por exemplo quando o CAD Eduardo Tovar Novembro 2001
75. usa papers IMS99 psousa IMS99 zip Genesereth M Ketchpel S 1994 Software Agents Communications of the ACM Julho Dispon vel em http logic stanford edu sharing papers agents ps Tamburini D 1999 The Analyzable Product Model Representation to Support Design Analysis Integration Tese de Doutoramento Gatech EUA Dispon vel em http eislab gatech edu Fowler J 1999 Systems Integration for Manufacturing Applications Program 1998 Annual Report NISTIR 6339 Dispon vel em http www mel nist gov msidlibrary STEP Application Handbook 2000 Dispon vel em http step nasa gov docs STEP Application Handbook pdf The Ultimate CAD Directory http www tenlinks com CAD Introducing PRO Engineer 2001 http www ptc com products proe 2001 index htm Autodesk Mechanical Desktop http www autodesk com products desktop CATIA http www dsweb com solutions html catweb htm Picosz P 1997 Product Data Management in the Product Development Process Tese Universidade T cnica de Chalmers Su cia Guerrero V Rozenfeld H 1999 Proposta de Classifica o de Sistemas PDM XV Congresso Brasileiro de Engenharia Mec nica COBEM 99 Dispon vel em http www numa org br grupoei publications htm Camarinha Matos L 2001 Integra o de Sistemas de Manufactura das Ilhas de Automa o s Empresas Virtuais Ingenium 2 S rie
76. y stocks de mat rias primas de inacabados e de produtos finais S o as ordens para o produto final venda que geram as ordens para a produ o e montagem assembly de componentes Demand Pull Associado implementa o aparece o Kanban que significa etiqueta Este paradigma de gest o foi o percursor dos actuais MRP II Manufacturing Resources Planning 11 e dos ainda mais recentes ERP Enterprise Resources Planning 12 e SCM Supply Chain Management 13 Contudo cabe nesta sec o um nfase maior automatiza o dos processos de fabrico em particular as m quinas ferramenta de controlo num rico os manipuladores rob ticos program veis do tipo SCARA ou antropom rficos 14 os ve culos de transporte autom tico AGV Automatic Guided Vehicle 15 16 os sistemas de armazenamento autom tico AS RS Automatic Storage Retrieval Systems 18 os sistemas de inspec o visual autom tica AVIS Automatic Visual Inspection System 19 e de medi o autom tica de coordenadas CMM Co ordinate Measuring Machines 20 etc Este tipo de equipamentos de produ o permite a realiza o de sistemas flex veis de fabrico FMS Flexible Manufacturing System que por sua vez s o formados por c lulas de fabrico Uma c lula de fabrico um conjunto integrado de recursos b sicos rob s m quinas ferramenta transportadores etc e respectivos controladores que de uma forma coordenada executam um

A Informática no Contexto da Automação Industrial

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