Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos

Av. Prof. Mello Moraes, 2231

05508-030 - São Paulo - SP - Brasil

LSA – Laboratório de Sistemas de Automação www.pmrlsa.poli.usp.br

PMR3507

Fábrica digital

Indústria 4.0

Recap

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o..

. • Evolução tecnológica

• 1º Revolução industrial

• 2ª Revolução industrial

• 3ª Revolução industrial

Recap

itu

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. • E nos últimos 20 anos ou menos...

– Fábrica digital

– Digital Twin

– Cyber Physical Systems (CPS)

– Internet of Things (IoT)

– Empresas virtuais

– Service Oriented Architecture (SOA)

– Cloud computing

– Big data & analytics

– Realidade virtual

– Realidade aumentada

– OPC-UA

– Machine learning (PMR3508)

– Inteligência Artificial (PMR3510)

Com

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• 2011, Alemanha, na Feira de Hannover

– Nasceu de uma iniciativa estratégica de aplicação

de alta tecnologia liderada pelo ministério federal

alemão de educação e pesquisa como parte de um

plano de ação para elevar a automatização dos

sistemas produtivos

• Governo alemão financia o projeto “Plataforma

para a Indústria 4.0” (www.plattform-i40.de)

– Propósito de desenvolver recomendações que

sejam disponíveis em uma estrutura consistente e

confiável para todas as partes interessadas –

universidades, empresas, centros de pesquisa, etc.

Inic

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• Estados Unidos

– IIC (Industrial Internet Consortium)

• França

– AIF (Alliance Industrie du Futur)

• Japão

– RRI (Robot Revolution Initiative)

• China

– MIC2025 (Made in China 2025)

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. • Indústria 4.0 pode ser entendida como a

implementação da fábrica inteligente (smart

factory)

– Centrada na manufatura baseada em serviços e

processos inteligentes

– Inovar os processos produtivos

– Atender as flutuações das demandas

– Permitir oferta de produtos personalizados

– Da produção em massa para a personalização

(“customização”) em massa

– Esperado que máquinas e produtos se comuniquem

por meio de CPS e IoT

• CPS permite a integração do físico com o virtual

(digital)

• IoT permite o rastreamento e monitoração das

“coisas”, virtuais ou físicas

Alg

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içõe

s..

. • Indústria 4.0 pode ser entendida como a

implementação da fábrica inteligente (smart

factory)

– Pessoas, máquinas, matérias primas e produtos

acabados devem se comunicar entre si, assim como

pessoas se comunicam em uma rede social

Alg

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içõe

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. • A Indústria 4.0 é vista como uma entidade que usa

recursos baseados em IoT e CPS e em serviços

digitais, amparada por uma infraestrutura baseada

em computação em nuvem, para a comunicação

entre os recursos presentes no que é chamado de

fábrica inteligente, de modo a atender as

demandas e exigências dos consumidores de

forma individual e personalizada

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• Informações sobre...

– Projetos

– Arquiteturas

– Protótipos

– Testes

– Estoques

– Manuais de

equipamentos e

produtos

– Normas

– Manutenções

– Descartes

• Arquivadas em

formato digital

• Consultadas e

compartilhadas pelas

partes interessadas

em qualquer lugar e a

qualquer momento

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• Produtos possuem identificadores exclusivos

– Chave para a localização de suas próprias

informações, tais como características, destino e

lista de operações a serem realizadas

– Permite monitoração e controle de forma autônoma

durante os processos de manufatura

– Capacidade de serem monitorados e rastreados,

oferecendo informações desde o processo produtivo

até o pós-venda

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rísticas...

• Fabricantes de ferramentas e máquinas

– Necessidade de compatibilizar a comunicação de

máquinas e produtos

– Máquinas devem processar operações de acordo

com os requisitos dos produtos com a mínima

intervenção humana

• Princípios de projeto a serem seguidos

– Interoperabilidade

– Digitalização

– Descentralização

– Coleta e análise de dados em tempo real

– Orientação a serviços

– Modularidade

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• Todas as “coisas” (equipamentos, ferramentas,

produtos, etc.) envolvidos no processo produtivo

estão aptos a realizar comunicação e troca de

informações entre si, seja de forma ativa ou

passiva

• As empresas estabelecem redes globais por meio

das quais usufruem de maior colaboração por

intermédio da integração de maquinários, sistemas

de estoque e instalações produtivas, assim como

pelo compartilhamento dos aspectos intelectuais

envolvidos no setor industrial, tais como

conhecimentos, competências e habilidades

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Desafios • Segurança (dados e informações)

• Confiabilidade

• Desempenho dos sistemas de comunicação

• Forma de identificar e localizar os recursos

• Controle e monitoração remotos

• Promova integração vertical na empresa

• Promova integração horizontal entre empresas

Desafios –

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Desafios –

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• Reference Architecture Model for Industry 4.0

• É uma adaptação é expansão do SGAM (Smart

Grid Architecture Model)

• Facilita o projeto e implementação de sistemas

para a Indústria 4.0

• Utiliza soluções não proprietárias

• Permite que as indústrias possam acompanhar a

transição dos sistemas legados para sistemas com

foco na Indústria 4.0

RA

MI 4

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• Concebido a partir de normas vigentes do setor

produtivo visando concentrar diferentes

especificações em um único modelo tridimensional

para atender integração vertical e integração

horizontal

– ISO/IEC 62264 – Enterprise-control system

integration

– IEC62541 – OPC Unified Architecture

– IEC61512 – Batch control Part 1 – Models and

terminology

– IEC62890 – Life-cycle status

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• Representa o ciclo de vida de entidades (peças,

produtos, instalações físicas, indústrias)

– Processos e custos de pesquisa e desenvolvimento

– Processo de vendas e atualizações constantes

– Processo de descarte

• Informações de identificação do produto e da fase

de produção do produto (fábrica, processo,

validade) e lote acompanham o produto e são

utilizados como identificadores durante toda a sua

interação com a fábrica

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• Concebido para cobrir todos os setores possíveis,

e considerando os processos industriais, a

automação e a gestão da indústria

• Descreve a classificação funcional de cada

elemento da Indústria 4.0

• Para a Indústria 4.0, não apenas os dispositivos de

controle são decisivos, mas também as máquinas

e os sistemas; por isso é considerada a camada

“Dispositivos de campo”

• Não apenas a fábrica e os equipamentos são

importantes, para a Indústria 4.0 o produto também

é; desta forma foi inserida a camada “Produto”

• A Indústria 4.0 trata um grupo de fábricas; desta

forma considera a camada “Mundo conectado”

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• Utilizado para descrever a composição de

máquinas e entidades físicas de tal forma que

possam ser mapeadas para suas respectivas

representações virtuais

• Ativo técnico

– Representa o mundo físico, real

– Ex. sensores, atuadores, peças, máquinas,

documentos, pessoas

– Disponibiliza uma conexão passiva (QR Code)/ativa

(RFID) com a camada superior (Integração)

RA

MI 4

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Cam

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• Integração

– Realiza o mapeamento do sistema físico para o

virtual

– Fornece informações dos ativos de forma que

possam ser processados computacionalmente

– Controle auxiliado por computador

– Geração de eventos dos ativos

– Contém os elementos conectados a recursos de TIC

(Tecnologia da Informação e Comunicação), tais

como leitores de RFID, sensores, interface homem-

máquina (IHM)

– A interação com seres humanos é possível via IHM

RA

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Cam

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• Comunicação

– Realiza a ponte entre a camada inferior (Integração)

e a superior (Informação)

– Padronização / normalização da comunicação

utilizando formatos de dados uniformes

– Fornece serviços para o controle da camada inferior

(Integração)

RA

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• Informação

– Descrição formal de regras

– Pré-processamento dos eventos provenientes da

camada de Integração

– Executa regras associadas aos eventos

– Pode gerar novos eventos que são passados para a

camada superior (Funcional)

– Persistência dos dados que representam o modelo

– Garante e integridade dos dados

– Integração (consistente) de diferentes dados

– Obtém dados de qualidade superior (dados,

informações, conhecimento)

– Disponibilização de dados

RA

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Cam

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• Funcional

– Descreve formalmente as funções

– Viabiliza a integração horizontal de várias funções

– Viabiliza o acesso remoto

– Ambiente para modelagem e execução de serviços

de apoio à camada superior (Negócios)

– Ambiente para a execução de aplicações e

funcionalidades técnicas

– Regras e lógicas para a tomada de decisão são

geradas nesta camada

– Sistemas como os ERPs estão nesta camada

RA

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Cam

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• Negócios

– Assegurar a integridades das funções na cadeia de

valor

– Definir / assegurar as condições jurídicas e

regulatórias

– Definição e realização das regras e processos de

negócio

– Modelagem das regras que o sistema deve seguir

– Orquestração de serviços da camada inferior

(Funcional)

– Conexão entre diferentes processos de negócio

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Cam

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