artigo
TA & TI
OS SISTEMAS DE INFORMAÇÃO DA INDÚSTRIA
Ricardo Caruso (rcaruso@aquarius.com.br), Engenheiro de Controle e Automação, Gerente de Serviços Especiais; e Carlos E. G. Paiola (cpaiola@aquarius.com.br), Engenheiro de Controle e Automação, M.Sc., Gerente Comercial; Aquarius Software.
1. INTRODUÇÃO São inúmeros os sistemas computacionais existentes hoje na indústria, cada qual criado separadamente, em momentos diferentes e com finalidades bastante específicas. Alguns deles foram criados dentro do meio administrativo e são geralmente gerenciados pela área de TI (Tecnologia da
o registro de dados de chão de fábrica e que disponibilizasse algumas “fotos” do processo para os sistemas de negócio. Mas estes sistemas raramente acessavam essas informações porque a organização de TI pouco entendia o conteúdo ou o contexto dos dados. Dessa forma, as implementações CIM dificilmente resultavam nos resultados esperados [Ref. 1].
Informação) das empresas. Outros surgiram em meio ao
Anos depois, já na década de 1990, um novo domínio de
chão de fábrica com objetivo de auxiliar os profissionais de
tecnologia emergiu entre as áreas da automação industrial e
TA (Tecnologia da Automação) nas tarefas relacionadas ao
dos sistemas de negócio. A AMR (Advanced Manufacturing
controle e à visibilidade do processo produtivo. Em áreas
Research) criou o nome MES (Manufacturing Execution
diferentes, como laboratórios e engenharia, surgiram
Systems) para designar este domínio, ao qual pertenciam
mais alguns, com menor ou maior colaboração das
muitos tipos diferentes de aplicações, difíceis de categorizar.
equipes de TI e automação.
Desde então, muitos sistemas foram criados com os mais
Com a evolução de cada sistema, houve um aumento
diferentes objetivos e funções, sempre com a intenção de
considerável da complexidade e da abrangência de funcionalidades dos mesmos. Antes complementares, os sistemas passaram a convergir em termos de funções e
preencher as “lacunas tecnológicas” existentes; houve também a evolução e a adaptação de várias tecnologias já consolidadas no mercado com o mesmo objetivo de
de usuários. Surgia assim a necessidade de integração e de
preenchê-las, mesmo que de maneira parcial.
colaboração entre os sistemas de TA e de TI.
O objetivo deste artigo é apresentar os principais sistemas
Iniciada na década de 1970, a primeira tentativa25 significativa de unir tecnologicamente os dois mundos foi através da bandeira do CIM (Computer Integrated Manufacturing). A maioria das implantações CIM consistia
utilizados hoje pela indústria, suas respectivas funções e áreas de aplicação dentro das empresas.
2. OS SISTEMAS INDUSTRIAIS
em abordagens tecnológicas para resolver problemas
Como já foi pontuado, existe hoje um número muito grande
relativos ao negócio da empresa e, para tanto, propunham a
de sistemas computacionais na indústria. Neste capítulo
introdução de um computador intermediário que permitisse
são abordados aqueles considerados mais importantes
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e relevantes para o funcionamento da empresa e de seu
fluxo produtivo, desde a matéria prima até o produto final. O
processo produtivo.
horizonte de tempo neste ponto é de curto alcance.
Cada tecnologia é responsável por consumir uma série
Finalmente, o nível 3 contempla toda a automação do chão
de dados e entregar aos seus usuários informações e
de fábrica e dos processos existentes, incluindo o controle das
resultados bastante específicos e importantes para o
máquinas e equipamentos em geral. Dependendo da indústria
melhor resultado do negócio.
e do tipo de processo (contínuo, discreto ou batelada), o tipo
Dependendo do segmento industrial ao qual pertence,
do sistema de controle necessário pode variar sensivelmente.
cada empresa pode utilizar um conjunto de sistemas ou funcionalidades diferentes. Por exemplo, um Sistema de Controle de Bateladas é perfeitamente aplicável à indústria
2.1. TECNOLOGIAS DE AUTOMAÇÃO
farmacêutica, mas não faz nenhum sentido para uma estação
A automação compreende toda a tecnologia que existe entre
de tratamento de efluentes.
a instrumentação de campo e os sistemas de informação
É possível modelar a estrutura dos sistemas industriais
que interagem com o universo corporativo. Esse conjunto
de muitas maneiras, dependendo do tipo de processo.
de tecnologias permite que os processos sejam operados de
Considerando uma indústria de manufatura como exemplo, é
maneira correta, mas também que as medições de chão de
possível estruturar os processos e sistemas existentes através
fábrica se transformem em informações úteis para todos os
de suas respectivas funções. Kletti [Ref. 2] apresentou um
níveis da planta e da empresa.
agrupamento por níveis para representar essa estrutura,
Próximos ao processo e às variáveis relevantes para sua
apresentado na Figura 1.
operação estão a instrumentação (sensores e atuadores) e as redes de comunicação de chão de fábrica. Essa é a base para atuação no processo e para a coleta de dados em tempo real. Fazendo uso desses dados, temos os dispositivos responsáveis pela lógica de controle do processo e intertravamento – o “cérebro” de todo o sistema. O representante mais conhecido deste universo é o PLC (Programmable Logic Controller). Por sua vez, o PLC comunica-se com o software de visualização e operação remota – HMI (Human-Machine Interface) / SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). O software HMI/SCADA, também conhecido como Sistema
Figura 1 – Níveis funcionais de uma indústria de manufatura [Ref. 2].
O nível 1a representa o planejamento corporativo, composto pelas funções clássicas do ERP (Enterprise Resource Planning), como planejamento de vendas e gerenciamento de pedidos. O nível 1b está relacionado ao planejamento da produção e inclui as funções de logística e de gerenciamento da cadeia de fornecimento. Neste ponto, o horizonte de tempo para o planejamento de trabalho é de médio a longo alcance.
Supervisório, é a interface de monitoramento e operação dos processos industriais. De maneira simplificada, podemos definir que ele é composto por telas, base de dados e drivers de comunicação. Suas telas de operação são animadas pelas informações provenientes da base de dados que, por sua vez, é povoada pelos dados transacionados com as diversas fontes de campo (PLCs e outros dispositivos) por drivers específicos, que permitem comunicação através dos mais diversos protocolos existentes no meio industrial [Ref. 4]. Essa característica faz com que os supervisórios sejam utilizados largamente como
O nível 2 corresponde ao gerenciamento da linha de produção
fonte de dados para outras aplicações industriais, como as que
em si. Este nível recebe o plano de produção e controla todo o
são descritas no decorrer deste artigo. InTech 147 7
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para apresentação de relatórios, além da otimização do espaço em disco para seu armazenamento. Esses sistemas são chamados de PIMS, pois permitem o gerenciamento das informações de processo por meio Figura 2 – Exemplo de tela de operação de sistema HMI/ SCADA. Cortesia GE Intelligent Platforms.
A interface homem-máquina do sistema deve ser composta por um conjunto de telas que permitam a visualização de
da coleta e armazenamento em seu banco de dados temporal e da posterior visualização por ferramentas gerenciais (planilhas, relatórios web, etc.). Muitas vezes os sistemas PIMS servem de base de dados para consulta de outros sistemas industriais, como MES, por exemplo.
dados do processo e envio de comandos para o sistema de controle. Ela deve possuir recursos gráficos suficientes para que o operador tenha uma identificação rápida de cada valor apresentado, ferramentas para análises básicas de dados como gráficos de tendências e facilidades para visualização de alarmes. Há ainda muitos outros sistemas que compõem o universo de TA e que não serão abordados neste artigo por uma questão de foco, como os sistemas de controle de bateladas, as ferramentas de controle avançado, etc.
Figura 3 – Gráfico de tendência baseado em histórico de processo. Cortesia GE Intelligent Platforms.
2.3. ERP – ENTERPRISE RESOURCE PLANNING 2.2. PIMS – PLANT INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM
O ERP é o sistema que concentra a maior parte dos esforços das estruturas de TI atuais e, provavelmente, o maior volume
As informações de processo obtidas pelos sistemas de
de investimentos dessa área nas últimas duas décadas.
controle têm uma particularidade: são de base temporal. Para
Embora tenha nascido para apoiar os processos produtivos
a identificação de um valor específico nesses sistemas, basta a
industriais, já acumula uma gama de funcionalidades que o
identificação do valor de um ponto de medição (tag) e de seu
torna aplicável a empresas de qualquer segmento.
momento de ocorrência (timestamp).
Ele tem sua origem na década de 1960 com o BOMP (Bill of
Os bancos de dados convencionais, usados em sistemas de TI, são de base relacional e construídos para obterem um bom desempenho no relacionamento complexo entre tabelas. Para o armazenamento de dados de processo, foram desenvolvidos os bancos de dados temporais que apresentam um melhor desempenho no armazenamento de informações de sistemas de
Material Processor), que tinha como principal funcionalidade a gestão da lista de materiais necessários para a produção de um determinado item acabado. Embora ainda bastante limitado, o sistema mostrou ser um item essencial para as indústrias de manufatura que já apresentavam um portfólio grande de produtos com processos complexos de gestão de estoques e calendário de compras, como as automotivas.
controle, que às vezes são coletadas com a velocidade
A popularização desses sistemas, porém, só veio na década de
de frações de segundo. Além disso, tais sistemas
1980 com o surgimento do MRP II, Manufacturing Resource
permitem maior rapidez na recuperação dos dados
Planning (O II da sigla é para diferenciar de sua versão anterior
8 InTech 147
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MRP, significando Material Requirement Planning). Nessa
2.4. MES – MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM
versão já era oferecida a gestão abrangente dos recursos de
MES ou MOM (Manufacturing Operations Management) são
produção, com gerenciamento de estoque, gestão de mão-de-
sistemas que apoiam a produção acompanhando a fabricação
obra, capacidade de equipamentos e tempos.
de forma detalhada, normalmente integrados com os sistemas de automação e equipamentos de chão de fábrica.
Segundo Côrtes [Ref. 8], de uma forma geral o MRP II era
Eles são muitas vezes vistos como sistemas de integração
constituído de quatro módulos, com funcionalidades que
entre a automação e sistemas de TI, principalmente com o
ainda podem ser encontradas nos sistemas ERP modernos:
ERP. Esses sistemas apresentam uma série de funcionalidades que permitem o acompanhamento e análise de eventos de
• Master Production Scheduling: Planeja um calendário de
chão de fábrica e suportam ações de manutenção, qualidade
produção com base nos pedidos de produtos acabados
e acompanhamento da produção.
e datas previstas de entrega. Usa capacidades de
Desde a década de 1970, com o conceito de CIM, são propostos
produção e materiais para prever o atendimento das
mapeamentos entre necessidades de negócio e dados de
ordens de produção;
chão de fábrica. Com o passar do tempo, foram propostos
• Rought-Cut Capacity: É o responsável por analisar as capacidades de produção. Trabalha em conjunto com o MPS;
modelos para esse sistema intermediário, como o da MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association), responsável pela adoção definitiva da sigla MES, o da ISA (International Society of Automation), com o conjunto de normas ANSI / ISA
• Material Requirement Planning: Gerencia as matérias
95, o da Namur, com grande ênfase na indústria química e
primas e peças necessárias para o atendimento do plano
farmacêutica e o da VDI (Verein Deutsche Ingenieure).
mestre de produção (gerado pela MPS);
Embora os padrões apresentem algumas diferenças em suas
• Capacity Requirement Planning: Verifica a disponibilidade em curto prazo dos recursos requeridos pelo MPS.
recomendações,
algumas
• Controle detalhado do planejamento de produção; • Gestão de recursos;
década de 90 pelo Gartner Group para designar sistemas
• Análise de desempenho;
que agregavam outras funcionalidades ao MRP II. Os
• Gestão de qualidade;
contabilidade,
finanças,
vendas,
distribuição,
recursos
humanos e gerenciamento de materiais, trabalhando de forma integrada.
Figura 4 – Exemplo de interface de sistema ERP. Cortesia SAP.
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normalmente
atribuídas ao MES são:
O termo Enterprise Resource Planning foi formulado na
módulos básicos do ERP foram estipulados como sendo
funcionalidades
• Rastreabilidade e genealogia de produtos. Essas
funcionalidades
são
normalmente
combinadas
com ferramentas de relatórios e mecanismos de coletas e armazenamento de dados de chão de fábrica.
Figura 5 – Exemplo do controle de rastreabilidade no MES. Cortesia GE Intelligent Platforms.
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2.5. EAM – ENTERPRISE ASSET MANAGEMENT Os sistemas EAM, muitas vezes chamados de Computerized Maintenance Management System (CMMS), são sistemas que apoiam os eventos e ações de manutenção da indústria, permitindo uma visão centralizada de equipes, ordens de manutenção, contratos e custos envolvidos.
Originado no final da década de 80, primeiro como EDM (Engineering Data Management) e depois como PDM (Product Data Management), tinha como principal foco auxiliar equipes de engenharia de grandes indústrias a organizarem e rastrearem o enorme volume de arquivos de desenhos gerados pelas ferramentas CAD (Computer Aided Design). Com os PDM se tornou possível agrupar
Embora sejam muitas vezes oferecidos comercialmente
desenhos de produtos finais e peças que fazem parte de
como parte do sistema ERP, possuem características bastante
suas listas técnicas (BOM – Bill of Materials), ou ainda
particulares que devem ser tratadas destacadas do conjunto.
manter registro de versões e modificações de desenhos,
Um sistema de EAM possui três funcionalidades centrais: • Ordens de Manutenção: Gestão de todas as ações ligadas à manutenção, como inspeção, manutenção preventiva ou corretiva. As ordens de manutenção são os objetos responsáveis por garantir a rastreabilidade e organização de dados como ações realizadas, técnicos envolvidos e peças consumidas; • Gestão de Ativos: Registrar todos os equipamentos
evitando que projetos desatualizados sejam consultados pela produção. Com a evolução do PDM para PLM, ele passou a agregar funcionalidades como resultados de análises, especificações de testes, informações de gestão ambiental, padrões de qualidade, requisições de engenharia, ordens de mudanças, procedimentos de manufatura, informações de desempenho do produto, informações sobre fornecedores e clientes, entre outras.
com suas características como fabricante, rotinas de manutenção e contratos de serviço; • Controle de Inventário: Gestão de peças reserva e ferramentas, com registro de consumos e empenho para determinadas ações.
Figura 7 – Exemplo de ferramenta componente de um PLM. Cortesia SolidWorks.
2.7. LIMS – LABORATORY INFORMATION Figura 6 – Exemplo de interface de gerenciamento da manutenção. Cortesia GE Intelligent Platforms.
MANAGEMENT SYSTEM LIMS são sistemas de gestão laboratorial que possuem uma série de funcionalidades, muitas vezes particulares para um
2.6. PLM – PRODUCT LIFECYCLE MANAGEMENT PLM são sistemas ou conjuntos de sistemas que apoiam a gestão da engenharia de produtos, principalmente em
determinado tipo de laboratório ou indústria, que permitem a rastreabilidade dos ensaios e amostras, normalmente envolvendo gestão de especificações e integração com instrumentos.
indústrias de manufatura, com recursos para gerenciamento
Também conhecidos como LIS (Laboratory Information
de projetos, gestão de documentação e gestão de qualidade.
System) ou LMS (Laboratory Management System), os LIMS
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consistem, em sua maioria, em ferramentas de modelagem de fluxogramas de ensaios que orientam os operadores a seguirem determinados procedimentos, mantendo todos os registros de processos e resultados. Alguns deles, além de permitirem a coleta automática de dados de instrumentos
artigo
3. CONCLUSÃO Muitas vezes a indefinição de responsabilidades dentro da estrutura da empresa pode gerar alguma dificuldade na interação das diferentes equipes existentes.
recursos
Tipicamente os profissionais de TA são responsáveis pelos
para a operação de testes automatizados e coleta e análise
sistemas de chão de fábrica, enquanto que os de TI corporativo
de dados complexos, como por exemplo, os gerados por
são responsáveis pelos sistemas de negócio da empresa.
espectrômetros NIR (Near InfraRed).
Mesmo estes dois grupos de usuários usando computadores
analíticos
computadorizados,
ainda
possuem
como plataforma tecnológica, eles possuem aplicações com funções bastante diferentes dentro da organização e podem operar de maneira independente entre si. Apesar de trabalharem na mesma empresa e possuírem o mesmo objetivo geral, esses dois times de profissionais são muito diferentes em termos de conhecimento, experiência, formação, interesses e, até mesmo, vocabulário. Mesmo com todas essas dificuldades, a convergência dos dois mundos é real, necessária e envolve a Figura 8 – Exemplo de resultados de sistema LIMS. Cortesia Labware.
utilização de uma série de diferentes tecnologias.
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artigo
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Tabela 1 – Resumo dos sistemas industriais e suas principais características.
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Neste
artigo
foram
apresentadas
algumas
artigo
das
SOA é um modelo conceitual de arquitetura, um estilo
principais tecnologias que fazem parte do dia a dia dos
de desenvolvimento largamente utilizado para sistemas
profissionais de TI, de TA e de outras tantas equipes;
distribuídos de grande porte, que pode facilitar e tornar
algumas estão situadas no ambiente corporativo e
efetiva a integração entre diversos sistemas industriais,
outras mais próximas do chão de fábrica, mas todas
como os citados neste artigo.
têm sua relevância dentro da dinâmica empresarial e exigem, em maior ou menor grau, a colaboração
Há soluções de mercado que possibilitam a utilização
entre todas as equipes da empresa, incluindo TA, TI,
de uma plataforma única para atingir um ambiente
laboratório, manutenção, engenharia e produção.
de
Todos os profissionais devem se esforçar para conhecer
centralizada através do SOA – criando uma espinha
com maior detalhe os interesses das outras equipes,
dorsal de envio de mensagens com modelos de
independentemente dos sistemas utilizados.
equipamento de dados de toda a instalação e modelo
gerenciamento
e
configuração
de
produção
de cada atividade envolvida [Ref. 9]. Essa plataforma sistemas
tem a função de gerenciar e permitir a troca de dados
apresentados neste artigo. Para cada tecnologia
entre diferentes serviços, responsáveis pelas mesmas
são citados os principais dados de interesse e suas
funções originais de supervisão, histórico, relatórios
respectivas áreas chave. Por exemplo, o sistema
gerenciais, alarmes/ eventos, cálculo de indicadores de
LIMS gerencia resultados de ensaios e status de
desempenho do processo, etc.
A
Tabela
1
contém
o
resumo
dos
lotes de produção e é utilizado pelos profissionais das
áreas
de
qualidade
e
de
processo
nos
laboratórios das empresas. Além da maior colaboração e conhecimento das equipes, outro ponto que deve ser levado em consideração é a integração entre os sistemas industriais. Historicamente, esse sempre foi um ponto delicado, mas com as alternativas tecnológicas disponíveis hoje em dia, isso não é mais um desafio técnico. Uma das possibilidades existentes para solucionar essa questão é a implantação de uma arquitetura de software baseada em serviços (SOA – ServiceOriented Architecture).
Figura 9 – Representação da Arquitetura Orientada a Serviços [Ref. 10].
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Quando devidamente implantado, SOA traz benefícios
[6]
ROEBUCK, Kevin.
aos seus usuários ao possibilitar a representação
LIMS - Laboratory Information Management System:
de um sistema através de serviços, que podem ser
High-impact Strategies,
utilizados por aplicações diferentes com interfaces
2011, Tebbo.
bem definidas, legíveis do ponto de vista dos negócios e independente da plataforma de desenvolvimento das aplicações.
[7]
SAAKSVUORI, Antti; IMMONEN, Anselmi. Product Lifecycle Management,
Esse tipo de iniciativa resulta num processo de
2010, Springer.
reorganização dos departamentos de tecnologia da informação, permitindo um melhor relacionamento entre as áreas que dão suporte tecnológico à empresa
e
as
áreas
responsáveis
pelo
negócio
[8]
CÔRTES, Pedro Luiz.
propriamente dito, graças a maior agilidade na
Administração de Sistemas de Informação,
implementação de novos serviços e reutilização dos
2008, Saraiva.
ativos existentes [Ref. 12]. [9] REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]
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GE Intelligent Platforms. Proficy SOA. Página visitada em 23 de fevereiro de 2011. [http://www.ge-ip.com/pt/products/2808/]
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[3]
SCHOLTEN, Bianca. The Road to Integration – A Guide to Applying the ISA-95 Standard in Manufacturing, 2007, ISA.
[4]
PAIOLA, Carlos E. G.
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Achieving Business Agility through Model-Driven SOA.
Enterprise Asset Management: Configuring and Administering
The Open Group.
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Página visitada em 26 de maio de 2010.
2004, iUniverse Inc.
[http://www.ebizq.net/topics/soa/features/6639.html]
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