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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. • Evolução tecnológica
• 1º Revolução industrial
• 2ª Revolução industrial
• 3ª Revolução industrial
Recap
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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)
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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.
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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
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. • 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
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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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• 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
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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)
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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
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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)
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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
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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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