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Sistemas Ciber-Físicos na Indústria

A integração entre sistemas virtuais e processos físicos.

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O desenvolvimento da Indústria 4.0 está alicerçado na digitalização total da operação em conjunto com movimentos de inovação, automação e busca constante de eficiência. A digitalização em todos os níveis advém de inovações tecnológicas que permitem ampla conectividade, gigantesca capacidade de processamento de dados, e, principalmente, automação e controle de quase todos os parâmetros envolvidos na produção de um produto.

O conceito de Manufatura Avançada tem como objetivo a melhoria contínua e eficiente dos processos destacando-se como fundamentais nesse ideal a Internet das Coisas (IoT) juntamente com a Internet Industrial das Coisas (IIoT), Sistemas Ciber-Físicos, Big Data, Segurança de Dados e, englobando todas essas estruturas, a Inteligência Artificial. O objetivo deste contexto é a criação, de fato, de Fábricas Inteligentes (Smart Factories) nas quais o processo de produção seja totalmente digitalizado e conectado em redes através de sistemas de informação que tornem a produção totalmente autônoma e independente da participação humana.

A aplicação deste processo de produção totalmente digitalizado e autônomo envolve a integração de tecnologias físicas e digitais desde o fornecedor da matéria prima até o produto final. Numa conexão digital entre insumos, máquinas, processos industriais e produtos, abrangendo toda a cadeia produtiva e mercadológica, da pré-produção até o consumidor. Esta complexa rede exige altos níveis de virtualização, e nesse aspecto, os Sistemas Ciber-Físicos (CPS ou Cyber-Physical Systems) criam a integração entre sistemas virtuais e processos físicos, atuando na simulação e principalmente no monitoramento e controle da produção em tempo real. Desta forma, a indústria garante máxima otimização em sua cadeia de produção.

A migração de um sistema tradicional de controle global da operação para uma dinâmica de objetos inteligentes, ou seja, objetos físico-digitais com capacidade de sensoriamento, processamento e comunicação em rede é a forma ideal para estruturar o conceito de fábrica inteligente. Elementos CPS envolvem a união de subsistemas físicos em redes digitais de processamento de dados e virtualização, abrangendo máquinas, produtos, estoques, prestadores de serviço e cenários, de forma que interajam e executem ações de forma autônoma e ao mesmo tempo integradas. Atualmente, aplicações CPS são utilizadas fora do contexto conceitual de smart factory, coexistindo na indústria tradicional controlando processos diversos e em simulações computacionais, mas com poucas aplicações na modelagem desses sistemas, ainda não existindo um consenso sobre como arquitetar CPSs capazes de monitorar plantas industriais ou redes de fabricação descentralizadas.

Aventam-se possibilidades que parecem óbvias de uma arquitetura de CPS baseada em computação em nuvem para a indústria, sendo especialmente relevante para o caso da Indústria 4.0, mas também existem produtos de plataformas voltadas para esses fins que oferecem suporte a implementação de aplicativos na nuvem e um modelo denominado arquitetura 5C , tendo como foco a automação de processos e conexões inteligentes já utilizados, convertendo a aquisição de dados das máquinas e componentes em informação estruturável, e, com isso, criando camadas que servem de base para uma arquitetura de modelo virtual, onde podemos visualizar a seguinte hierarquia: dados, informações, algoritmos de análise, nível cognitivo, e sistemas de controle.

Essas implementações buscam desenvolver um sistema integrado de virtualização para a indústria e tem contribuído para o surgimento de diversas soluções, no entanto, ainda estão muito distantes do que propõe a indústria 4.0 no sentido de redução da rigidez na produção, utilizando máquinas e produtos inteligentes amplamente interconectados através da Internet das Coisas (IoT). E para que isso seja possível, o modelo precisa prever que as informações fluam não só na direção vertical, mas também horizontalmente entre consumidores, produtos e máquinas, integrando todos os serviços de todas as redes envolvidas. Na prática, uma implementação mais complexa que o cenário apresentado pelos grandes conglomerados de tecnologia interessados em vender suas soluções, pois os insumos são finitos, os equipamentos necessitam de manutenção e os processos podem falhar.

De fato, uma vez que Sistemas Ciber-Físicos possibilitem a “montagem” de toda uma cadeia de produção desde a virtualização do projeto até a materialização efetiva do produto ou serviço de forma autônoma e integrada já estaremos no limiar de outra revolução industrial.

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