Manutenção na Indústria 4.0: ativos inteligentes, conexões cloud e manutenção preditiva
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INTRODUÇÃO As paragens não planeadas devido a falhas nos sistemas de produção causam altas perdas económicas. A importância dos sistemas e planos de manutenção é fundamental para reduzir esse impacto.
ATIVOS INTELIGENTES
As novas tecnologias que surgiram com a chamada Quarta Revolução Industrial ou Indústria 4.0 permitem-nos melhorar processos de manutenção para que sejam
Programas de Manutenção preditiva
muito mais eficientes. Neste artigo, vamos ver como esses Jaime Cabrera Martínez Responsável de Mercado Maquinaria Iberia Weidmüller S.A.
dossier sobre linhas de produção e a sua manutenção
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novos avanços nos permitem reduzir os tempos de paragem e até mesmo antecipar-nos, antes que aconteçam.
Figura 1. Ativos inteligentes.
Ou seja, como estas novas tecnologias permitem melhorar a manutenção corretiva e como abrimos as portas para a manutenção preditiva.
PROTOCOLO NO NÍVEL DE CAMPO: FDT/DTM, IO-LINK, HTML O protocolo FDT/DTM (Field Device Tool/Device Type
OS ATIVOS INTELIGENTES
Manager) é um protocolo de troca de dados que permite
O nível de campo é o mais baixo da pirâmide de automa-
a comunicação com dispositivos, independentemente da
ção e compreende todos os dispositivos e funções que vão
ferramenta de engenharia utilizada e do bus de comunica-
desde a captura ou atuação dos sinais de campo até ao
ção, desde que sejam compatíveis com FDT. Para enten-
Controlador ou PLC. O principal equipamento a nível de
der o seu funcionamento, o mais simples é pensar num
campo pode hoje ser definido em três grupos principais:
equivalente no ambiente de escritório, como por exem-
sensores e atuadores, condicionadores de sinal, e sistemas
plo uma impressora. Quando instalado o driver desta num
de E/S distribuídos.
computador, podemos usá-la a partir de qualquer progra-
A evolução no nível de campo passa pelo conceito de
ma ou aplicativo que estejamos a utilizar (Office, e-mail,
descentralização e inteligência distribuída. Elementos de
navegadores da web, entre outros). Nesse caso, o DTM,
campo devem oferecer novos recursos para aumentar a
que é o arquivo de descrição do dispositivo fornecido
flexibilidade e a disponibilidade. Por exemplo, um sensor
pelo fabricante, seria o equivalente ao driver da impres-
que anteriormente apenas nos dava um sinal digital agora
sora, de modo que qualquer programa baseado ou pre-
deve poder aceitar diferentes configurações, integrar fun-
parado para o FDT poderá entender e pode comunicar-se
ções de diagnóstico, ser plug-and-play, entre outros. Essas
com o dispositivo.
funções devem ser usadas para o desenvolvimento de no-
Além disso, a especificação FDT/DTM exige que todos
vas aplicações mais complexas, como por exemplo para
os computadores compatíveis tenham uma interface grá-
realizar a manutenção preventiva graças a advertências
fica de utilizador (GUI) que simplifique tanto a aquisição
sobre o tempo de ciclo de vida dos diferentes componen-
de dados do processo como o diagnóstico e a configura-
tes inteligentes, para alterar a configuração dos sensores
ção do equipamento de forma rápida e conveniente. Até
dependendo do tipo de produto para realizar, quase ime-
ao momento, a maioria dos fabricantes suporta este
diatamente, substituição de dispositivos com download au-
protocolo, evitando a necessidade de vários softwares e
tomático da configuração para reduzir horas de paragem,
simplificando a integração de diferentes dispositivos de
incluem deteção de anomalias para antecipar possíveis pro-
campo na instalação.
blemas, entre outros.
O IO LINK foi projetado e desenvolvido para fornecer
Encontramo-nos diante de novos dispositivos de
uma solução económica para a integração de sensores in-
campo ou recursos inteligentes que devem incorporar
teligentes dentro da rede fieldbus (protocolo de campo).
funcionalidades como a tomada de decisões individual,
Requer a existência de um equipamento mestre IO LINK
ser configuráveis, parametrizáveis e com autodiagnós-
ao qual os diferentes dispositivos slave IO LINK (senso-
tico e funções de comunicação para permitir o envio de
res e atuadores) estão conetados. Este master pode, por
dados usando protocolos padronizados para camadas
sua vez, ser integrado numa rede com um protocolo de
superiores e na cloud.
campo determinista.
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eles, podemos analisar em detalhes o status de cada um de-
ao aceder de qualquer dispositivo, o utilizador tem acesso
les e permitirá detetar facilmente qual o seu estado e onde
imediato sem necessidade de software adicional. O siste-
é que a falha está a causar uma paragem não planeada. Ou
ma também permite a conexão remota a essas instalações
seja, eles permitem-nos monitorizar e detetar erros num es-
através de canais VPN seguros e protegidos para os mais
paço de tempo muito menor.
altos padrões.
Por exemplo, ao conetar-se ao servidor web disponí-
Com esta solução podemos minimizar o tempo de ma-
vel num periférico usando um navegador, podemos ver
nutenção corretiva, pois podemos aceder remotamente
o status de cada um dos sinais de entrada e saída, aceder
às instalações finais sem a necessidade de movimentação
aos dados de diagnóstico e encontrar o sinal que está a
dispendiosa e lenta para a linha de produção. Se combinar-
causar a falha rapidamente. Da mesma forma, se possuir-
mos este sistema de acesso remoto com o uso de recursos
mos um dispositivo IO-link, isso poderá enviar-nos infor-
inteligentes, poderemos aceder a informações detalhadas
mações de diagnóstico. Se tivesse que ser substituído (por
de todos os dispositivos de campo, minimizando ainda
exemplo uma fotocélula defeituosa), simplesmente mu-
mais o tempo necessário para a identificação de erros e sua
daria o dispositivo e, graças à sua configuração guardada
possível retificação.
no programa, a calibração do novo equipamento poderia ser realizada automaticamente. O mesmo pode ser aplicado a um dispositivo com software FDT/DTM, pois pode-
A MANUTENÇÃO PREDITIVA
mos obter dados de diagnóstico em tempo real e detetar
Até agora, falamos sobre avanços que nos permitem tra-
situações anormais.
balhar em manutenção corretiva, mas graças a essas novas tecnologias, agora é possível realizar outros tipos de manutenção muito mais complexos, como é o caso da preditiva.
CONEXÃO COM A CLOUD
Uma manutenção preditiva é aquela que é capaz de an-
Outro fator no conceito de Indústria 4.0 é o envio de
tecipar os problemas antes de acontecer, ou seja, informa
dados para outros níveis da pirâmide de automação e
que num futuro próximo haverá uma falha que com certeza
também para a cloud (IIoT) para desenvolver novas apli-
irá parar a linha de produção.
cações e funcionalidades. Normalmente, os dispositivos
Até recentemente, os avanços nesta área foram centra-
de campo não têm acesso independente à cloud, pois is-
dos na incorporação de novos sensores para realizar um sis-
so aumentaria significativamente o custo desses ativos,
tema paralelo que detetou possíveis anomalias (como por
mas estes podem usar funcionalidades dos routers para
análise de vibração). O conceito de Machine learning, que
fazê-lo. Por estas razões, os routers industriais são cada
consiste em aprender o funcionamento de uma máquina ou
vez mais utilizados em ambientes industriais, pois são ca-
linha de produção, permite detetar anomalias por meio de
pazes de interligar redes e dispositivos, fornecendo tam-
diferenças entre o modo de operação padrão e o que está
bém soluções de segurança cibernética e acesso seguro à
a ser produzido.
cloud de tecnologias VPN.
Através de um estudo individualizado de cada máquina ou aplicação é possível determinar quais os dados dos já existentes e usados no processo (sensores, atuadores) que
APLICATIVOS NA CLOUD PARA MANUTENÇÃO: ACESSO REMOTO SEGURO
podem ser úteis para definir uma deteção anormal da ope-
Uma vez que temos acesso à cloud para todos os ativos inte-
entre si, quais são as suas operações normais e o que acon-
ligentes, podemos começar a desenvolver aplicativos úteis
tece quando ocorrem erros ou falhas. Esta análise estatísti-
para tarefas de manutenção. Aqui há muitas possibilidades
ca gera um modelo de operação da máquina e pode detetar
diferentes de fabricantes ou desenvolvidas individualmen-
essas anomalias. Ao detetar estes durante a operação, é
te, porque graças ao referido acima, podemos obter dados
possível identificar e comunicar qual a parte do processo
infinitos do processo de fabricação.
iniciada para não atuar corretamente. Assim, é possível agir
As ferramentas de gestão de acesso remoto para tarefas de manutenção são baseadas num serviço da web (SaaS),
ração. Analisam-se quais os sinais que mostram correlações
preventivamente nessa parte da máquina o mais rápido possível antes da falha ocorrer.
onde os clientes podem criar uma conta de utilizador gratuitamente. Esta conta permite o acesso a uma interface web para a gestão de instalações remotas. Aí pode criar di-
CONCLUSÕES
ferentes utilizadores com diferentes níveis de permissão de
Graças às novas tecnologias que estão a surgir nesta
acesso e informações sobre as diferentes instalações remo-
Quarta Revolução Industrial (recursos inteligentes, inter-
tas. Cada instalação adicionada ao sistema consistirá num
conetividade de rede, comunicações, soluções em cloud,
router de acesso e em todos os dispositivos que fazem parte
software avançado), podem ser obtidas vantagens muito
da rede final (PLCs, câmaras, dispositivos periféricos, PCs,
importantes para melhorar os processos de manutenção.
entre outros). É possível gerar uma árvore topológica com
Neste artigo, mostramos como esses avanços podem re-
informações detalhadas de cada um dos dispositivos, incluir
duzir o tempo gasto no diagnóstico e desempenho na ma-
documentação (arquivos) na instalação e manter um registo
nutenção corretiva e como a manutenção preditiva nos
com as diferentes ações executadas em cada intervenção.
permite aumentar a disponibilidade de máquinas e linhas
Tudo isso é armazenado num banco de dados na cloud e,
de produção.
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