Como a Internet Industrial das Coisas (IIoT) funciona para empresas de médio porte?

O caminho para a conversão de informações em formato digital não é fácil para pequenas e médias empresas. Por essa razão, foi criado na Universidade Técnica de Darmstadt (TU) um dos cinco centros de competência da IIoT financiados pelo Ministério Federal Alemão de Economia para empresas de médio porte. Aqui, as empresas podem aprender sobre os métodos utilizados para alcançar a digitalização.

A fábrica de aprendizagem para IIoT em Darmstadt. Cortesia da Universidade Técnica de Darmstadt.

O “Centro para Produção Industrial (CiP)”, uma fábrica de aprendizado de processos, está localizado no limite do Campus Lichtwiese da Universidade de Darmstadt. Seu interior é muito similar ao que se vê atualmente nas fábricas: o ambiente de produção representa muitas indústrias que trabalham com equipamentos.  Dentro da fábrica de aprendizado do Instituto para Gerenciamento da Produção, Ferramentas para Tecnologia e Equipamentos na Universidade de Darmstadt, pessoas podem testar sistemas de produção no local. O objetivo é recriar o desenvolvimento de um sistema de produção existente no formato da Indústria 4.0 a fim de melhorar os processos atuais de produção.

“Não apenas construímos uma fábrica de aprendizado a partir do zero, mas também estamos desenvolvendo a um nível equivalente ao encontrado em várias empresas de pequeno e médio porte. Isso porque a produção moderna não será criada como um ideal a partir do nada. Equipamentos e processos existentes serão otimizados a partir de um estado anterior.”

Andreas Wank, cientista da Universidade Técnica de Darmstadt e gerente de projetos

"Em comparação com fábricas de aprendizagem semelhantes, Darmstadt tem uma característica que a distingue das demais"

"Em comparação com fábricas de aprendizagem semelhantes, a Universidade de Darmstadt tem uma característica que a distingue das demais", explica Andreas Wank, cientista do Instituto para Gerenciamento da Produção, Ferramentas para Tecnologia e Equipamentos, que é responsável pelo projeto. “Não apenas construímos uma fábrica de aprendizado a partir do zero, mas também estamos desenvolvendo a um nível equivalente ao encontrado em várias empresas de pequeno e médio porte”. Em outras palavras, a produção moderna não será criada de forma ideal a partir do nada. Em vez disso, equipamentos e processos já existentes serão otimizados a partir de seu estado anterior. A União Européia está entre os patrocinadores do projeto de pesquisa “Fábrica Eficiente 4.0”.

Eventos com a Internet Industrial das Coisas facilitaram seu início

O uso de tecnologias digitais em processos de produção e de trabalho oferece oportunidades promissoras para aumentar a competitividade e abertura de novos mercados. O centro de competência da IIoT em Darmstadt também é o contato central para empresas de pequeno e médio porte. Oferece uma gama completa de treinamentos práticos sem custos, desde começar com a Internet Industrial das Coisas até apoio às soluções concretas. O foco está em cinco áreas: Segurança de TI, Trabalho em Tempos de IIoT, Novos Modelos de Negócio, Eficiência Energética e Processos Eficientes da Cadeia de Valores Agregados.

Muito potencial para melhorias nas interfaces homem/máquina

Existe um grande potencial para melhorias nas interfaces homem/máquina. Muitas vezes, as entradas de dados ainda precisam ser feitas manualmente em processos de fabricação e a documentação de qualidade ainda está no papel. Assim, o primeiro passo para a maioria das empresas é a aquisição de dados automática e digital. Esta “digitalização” constitui a etapa preliminar para implementar a visão de IIoT.

A base para melhoria é sempre uma análise do estado atual. No caso da fábrica de aprendizagem de processos da Universidade de Darmstadt, isso significa um parque de equipamentos com uma unidade de controle de 2005, sem compatibilidade de interface e sem sistema dedicado de sensores. Um upgrade na interface custaria por volta de €20,000 por equipamento, um investimento considerável.

Mas mesmo sem este upgrade, equipamentos antigos podem ser conectados parcialmente em uma rede. Por exemplo, um adaptador foi disposto em um torno entre um sensor para medição do líquido de arrefecimento e a unidade de controle do equipamento para fornecer acesso bidirecional via um tablet. Os medidores de marcação da inspeção final do produto para produção de lascas estão conectados em rede com um sistema central de aquisição de dados que detecta se o produto atende aos requisitos e envia mensagens de erro automáticas. Transformadores de corrente foram ligados posteriormente a outros equipamentos e podem ser usados para determinar em qual equipamento a carga está atuando. Os dados podem ser acessados através de um sistema central de controle.

Andreas Wank demonstra como tablets podem auxiliar na inspeção de produtos. Imagem cortesia da Universidade de Darmstadt.
Operação remota via dispositivos móveis é um aspecto importante da IIoT. Imagem cortesia da Universidade de Darmstadt.
Chips RFID são usados para rastrear produtos e componentes e essas informações podem ser acessadas remotamente por funcionários ou até mesmo por clientes. Imagem cortesia da Universidade de Darmstadt.
O local de trabalho das fábricas do futuro está equipado com pequenos dispositivos como tablets ao invés de instruções impressas em papel. Imagem cortesia da Universidade de Darmstadt.

O papel dos funcionários está mudando

Tablets com interface de controle, parcialmente desenvolvidos pela Universidade de Darmstadt, também são usados em vários locais na fábrica do aprendizado, bem como para acesso remoto. Isso mostra como a interface homem/máquina pode ser otimizada, mesmo em ambientes de produção já existentes.

“Os dados da produção são salvos e enviados para os responsáveis dentro da estrutura da empresa.”

explica Andreas Wank. Se há um problema com o controle de qualidade, por exemplo, o gerente de produção recebe uma mensagem em seu tablet ou smartphone e pode parar o processo. O funcionário responsável na linha de produção pode clicar no tablet para iniciar uma vídeo conferência e apontar o problema.

Este já mostra como as competências dos funcionários deverão ser desenvolvidas ao longo da implantação da Internet Industrial das Coisas. À medida que os equipamentos assumem tarefas rotineiras e também se auto-controlam, os humanos precisarão intervir cada vez mais quando houver problemas. O papel dos funcionários será de tomadores de decisão e solucionadores de problemas.

Funcionários podem acessar informações personalizadas para suas tarefas. Imagem cortesia da Universidade de Darmstadt.

As informações necessárias

Para os fabricantes que aderem à Internet Industrial das Coisas, seus funcionários fazem login e recebem as informações que necessitam. Mesmo o lote de um único produto não será mais um caso isolado, como já demonstrado pela fábrica de aprendizagem da Universidade. Diferentes vídeos de montagem podem ser acessados e projetados em mesas de trabalho, dependendo do nível de cada funcionário. Os vídeos são gravados com produtos reais em diferentes linhas de produção e pode ser variados com um sistema modular. O objetivo da IIoT é simplificar o processo para o funcionário, e não o contrário. Isso torna o trabalho mais fácil e acelera os processos.

Equipamentos e sistemas em rede

Além de conectar humanos e equipamentos em rede, a IIoT também envolve a conexão em rede dos equipamentos entre si. A palavra-chave é “comunicação M2M” (machine to machine). Primeiro, os produtos são equipados com um transponder, chip ou código que é lido em cada equipamento e pode ser enriquecido com informações adicionais. Na fábrica de aprendizado de Darmstadt, um sistema RFID para transferência de dados sem fio entre equipamentos e produtos já está em uso, com algumas poucas exceções. Por exemplo, no início, a matéria-prima ainda não possui seu próprio transponder porque não suportaria o processo de trituração. Em vez disso, o pequeno transportador que se move através do salão é rastreado. Desta forma, o caminho do componente pela linha de fabricação já pode ser mapeado, criando assim a base para um sistema integrado de controle de qualidade. Quando combinado com informações adicionais que foram coletadas, torna-se possível calcular o consumo de energia por produto. Então, o potencial de economia poderá ser facilmente reconhecido.

Exemplo prático: controle inteligente de uma cadeia de medição

Um elemento-chave para esta produção em rede é o controle da cadeia de medição em que os dados de todos os sensores em uso são reunidos e processados. O que isso pode parecer pode ser explicado usando o amplificador industrial PMX como exemplo. O amplificador é um dos muitos equipamentos de diferentes fabricantes que dá vida à produção digitalizada no campus universitário e é especialmente adequando para atualizar cadeias de produção já existentes.

O sistema inteligente de aquisição de dados monitora e controla toda a cadeia de medição da produção (chamada de “monitoramento da condição”), garantindo que processos importantes de apoio, como gerenciamento e manutenção da qualidade são otimizados. O PMX também é equipado com software baseado na web com uma interface de usuário moderna.

Sistemas de produção podem ser conectados em rede em tempo real com o PMX usando uma conexão Ethernet Industrial integrada. O PMX também usa data sheets eletrônicos ou TEDS para detectar os sensores na cadeia de medição e é capaz de parametrizá-los para que tudo esteja pronto para usar novamente. Falhas, desvios e redundâncias também são detectadas, reportadas ou ignoradas. Processos e o uso de recursos humanos se tornam mais eficientes. O sistema também tem a habilidade de “aprender” e adaptar-se. O objetivo é auto-otimização com base em números-chave atribuídos. Usando sistemas modernos, ajuda a reduzir os custos de fabricação, enquanto aumenta a qualidade e a velocidade.