Graças à arquitetura cliente-servidor, estes sistemas podem ser expandidos ou adaptados a novas tarefas conforme necessário. A infraestrutura pode até ser utilizada para aplicações que vão além do próprio processo de produção, como manutenção e garantia de qualidade. Com a sua abertura e consistência, estas ferramentas de software são uma ajuda valiosa na ligação de um sistema à IoT Industrial.
O ambiente de produção torna-se digital
A influência que a Internet e as TI têm na engenharia de máquinas e instalações é surpreendentemente semelhante à sua influência na vida quotidiana. Não há muito tempo que as informações ainda eram difíceis de obter e precisavam de ser pesquisadas – nas estantes da sua casa, se tiver sorte. Uma pesquisa mais detalhada exigiu uma visita à biblioteca. Atualmente, uma consulta numa pesquisa pode originar este tipo de resposta: “5 400 230 entradas encontradas em 0,72 segundos. Aqui estão os dez primeiros“. O desafio neste caso é filtrar o que é relevante na enxurrada de informações apresentadas.
A situação é semelhante no ambiente de produção. No passado, os dados tinham de ser recolhidos através da leitura manual de instrumentos. Os mais importantes eram combinados na sala de controlo, mas havia alguns valores medidos que só podiam ser obtidos diretamente na máquina, depois de percorrer todo o corredor da fábrica. Atualmente as máquinas, sensores e outros componentes inteligentes transmitem inúmeros dados do chão de fábrica. O desafio agora é preparar estes dados e fornecer aos utilizadores exatamente a informação de que necessitam para as suas tarefas, num formato de fácil compreensão.
Os dispositivos também mudaram. Ecrãs monocromáticos de 12”, antes considerados símbolos do estado na sua mesa, agora são entregues ao museu. No seu lugar, cada utilizador médio possui vários dispositivos móveis com ecrãs de alta resolução.
A quantidade crescente de software em cada dispositivo também é notável. O aparelho em si, seja placa ou máquina de lavar, não mudou muito – já estava bem desenhado. Mas um painel tátil pode melhorar a conveniência operacional. Produtos de alta qualidade podem até ser operados usando um aplicativo no seu telemóvel através de uma interface WLAN. E nem precisa de estar no local para fazer isso.
Tendências semelhantes são observadas no ambiente de produção. Ecrãs táteis próximos da máquina ainda são comuns nas aplicações mais pequenas. Para tarefas complexas de controlo e monitorização, os utilizadores desejam ter acesso a todas as interfaces disponíveis: desde o desktop do escritório até a um tablet ou smartphone em trânsito. Obviamente que esse requisito tem impacto não apenas no hardware mas também no layout flexível e adaptável e na operação intuitiva.
Este desenvolvimento representa um desafio significativo para os fabricantes de máquinas e de instalações – mas também uma excelente oportunidade para gerar valor acrescentado e melhorar as oportunidades de receitas. A tendência já é evidente há algum tempo. Com frequência há mais software nas máquinas do que hardware. Os controladores contêm vários anos de software e essa quantidade continua a aumentar. Atualmente, as sequências de movimentos sincronizados ou controladores, por exemplo, são implementados quase exclusivamente através do software, e isto também tem impacto nas operações.
Do painel de controlo à TI central
Naturalmente, muitos fabricantes de sistemas de controlo também oferecem sistemas completos com painéis de controlo. Geralmente, estes são sistemas clássicos de utilizador único com ecrã tátil instalado diretamente na máquina. Alguns destes sistemas também oferecem uma ligação para smartphone, mas isso não muda nada no conceito subjacente.
A situação é diferente para aplicações SCADA mais complexas. A IIoT quebrou muitas fronteiras. Os dados de um sensor localizado no chão da fábrica podem chegar a um sistema ERP em rede global sem desvios, através de gateways – praticamente em tempo real. Os especialistas na área estão a testar conceitos que diferem das interfaces operacionais orientadas para as páginas com teclas de função e barras de estado, até mesmo no design dos seus exteriores. Iremos explorá-los com mais detalhe posteriormente.
Para compreender melhor as diferentes abordagens, pode ser útil olhar para alguns desenvolvimentos a nível superior: cada vez mais funções estão a ser integradas para apoiar a administração e a organização que não estão relacionadas com a visualização real do processo em si. No geral, as expetativas depositadas em soluções de software continuarão a aumentar para os fabricantes de máquinas, exigindo sistemas que possam ser manuseados com menos esforço e conhecimentos limitados.
As funções que já são suportadas hoje incluem, por exemplo:
- Gravar e registar mensagens e falhas;
- Gerir configurações da máquina, como receitas;
- Registo de dados relevantes para a qualidade através de registadores de dados integrados;
- Registar todas as alterações nas configurações e parâmetros da máquina, por exemplo, para trilhas de auditoria (funções seguras de registo de registos, como aquelas realizadas na produção farmacêutica – regulamentos da FDA);
- Troca de dados via acoplamento de banco de dados.
Além disso, os utilizadores exigem funções que cubram todos os outros aspetos da máquina, integradas no ambiente de produção:
- Gerir pedidos com referências a receitas e materiais;
- Manter registos de pedidos com informações associadas sobre os materiais utilizados, por exemplo, sobre quantidade, qualidade, lote e outros recursos necessários, como tempo de máquina, energia, entre outros;
- Gestão inteligente de tarefas de manutenção, por exemplo com monitorização de condições, além de recursos como materiais e funcionários, bem como as suas qualificações;
- Gerir KPIs significativos;
- Opções para disponibilizar informações através do processo para a máquina como informações auxiliares;
- Ferramentas simples para a troca de informações através de uma função de blog entre trabalhadores na máquina e funcionários no ambiente de produção.
A IHM pode fornecer serviços para este fim, como uma gestão simplificada de dados para estruturas de dados definíveis, estatísticas integradas e funções de relatórios e conetividade para troca com outros sistemas. Isso também requer funções acessíveis através de sistemas de terceiros e que possam executar tarefas pré-definidas, como iniciar ou finalizar um pedido, calcular KPIs ou similares.
A visualização perfeita é um risco económico?
O potencial que a IIoT abre no difícil mercado das máquinas é muito atrativo. Ao invés de despender muito esforço para aumentar a capacidade de desempenho de uma única máquina bem projetada em alguns pontos percentuais, os fabricantes de máquinas nesta nova área de negócios podem gerar aumentos significativos de receita e melhorar a fidelidade do cliente. No entanto, várias investigações anos-homem precisam ser financiados antes que uma interface operacional esteja pronta para sair para o mercado. Se o conceito falhar, o investimento será perdido. O risco pode ser reduzido através de soluções de software abrangentes e prontas para utilização.
Cada vez mais os fabricantes de controladores têm reconhecido isto e, em alguns casos, oferecem soluções deste tipo baseadas na web. Estes, no entanto, são principalmente proprietários – o que significa que só funcionam com produtos do respetivo fornecedor. As interfaces abertas proporcionam um certo nível de proteção do investimento, mas não garantem interoperabilidade completa e fiabilidade futura. Em última análise, estes produtos dependem, mais ou menos, do fabricante. Porém, existe uma alternativa interessante: soluções locais na cloud.
Soluções cliente/servidor em vez de soluções de utilizador único
Quando consideramos o potencial da IIoT, os requisitos da engenharia de máquinas e instalações e o desejo dos utilizadores de proteção do investimento, as soluções baseadas na web são claramente a melhor opção. Não há mais aplicações rígidas e de utilizador único, mas são baseados numa arquitetura cliente/servidor. Eles são instalados num host IHM que pode ser acedido por qualquer cliente, por exemplo, um ecrã, IPC ou dispositivo embutido, através de um navegador. Nenhuma instalação de software é necessária para isso. O utilizador não precisa de usar um hardware específico do fabricante. Graças a conceitos como design responsivo ou adaptativo, a interface pode ser adaptada automaticamente ao dispositivo, desde um smartphone compacto até um monitor de 60”. Isso significa que os utilizadores podem até usar diferentes dispositivos – desde um grande PC de mesa no escritório até um tablet em trânsito. Dispositivos de reposição estão disponíveis em qualquer local e podem ser adquiridos rapidamente, mesmo em caso de defeito de hardware.
Isto facilita uma mudança completa na filosofia operacional – do display específico do dispositivo para o design centrado no utilizador: com uma programação adequada, o foco não está agora na máquina, mas sim no utilizador. Graças aos sistemas de funções e direitos típicos das aplicações web, grupos como operadores de instalações, gestores de produção, gestores de qualidade e profissionais de manutenção recebem exatamente as informações de que necessitam, no que diz respeito às suas tarefas e à natureza dos dispositivos operacionais.
Esta mudança foi projetada para estar pronta para responder às tendências futuras no mundo do trabalho. A visualização baseada na web suporta qualquer ambiente: estações de trabalho dedicadas e antigas, como um ecrã duplo na estação de controlo ou um ecrã de toque robusto IP67 na máquina, bem como dispositivos móveis nas estações de trabalho. Pode ser um capataz que deseja exibir KPIs (indicadores-chave de desempenho) em qualquer ponto da fábrica ou um comprador que ocasionalmente trabalha no seu escritório.
Web-HMI: inovador e económico
Com base nas vantagens aqui descritas, a Weidmüller GTI Software desenvolveu a ferramenta de software PROCON-WEB, uma solução de visualização com uma interface de utilizador dinâmica que pode ser configurada de forma personalizada, sem qualquer conhecimento de programação. A aplicação web livremente configurável está equipada com uma interface de utilizador HTML5 para todos os sistemas com design adaptável. Isso elimina a necessidade de plug-ins como Flash, Java ou Silverlight. As secções a seguir explicam as vantagens e oportunidades oferecidas por uma aplicação HMI na web baseada neste software.
Um argumento-chave é a capacidade de controlar os custos de desenvolvimento – resultando numa influência positiva sobre o fator frequentemente citado de “tempo de colocação no mercado”. Uma visualização pode, obviamente, ser programada de forma personalizada mas isso demora muito tempo.
O software Weidmüller GTI torna possível criar uma IHM moderna e poderosa de forma rápida e sem exigir muita experiência. Os utilizadores típicos incluem engenheiros de aplicação ou programadores de CLP sem nenhum conhecimento avançado de linguagem de programação de alto nível. O software oferece suporte ao utilizador com interfaces de utilizador dinâmicas e controlo multitoque e por gestos. Isso significa que o utilizador pode usar uma ferramenta de engenharia e configurações simples para criar interfaces de utilizador que se parecem e são operadas como aplicativos ou aplicativos da web modernos. Os utilizadores podem percorrer o conteúdo da página ou alternar entre as diferentes páginas, deslizando o dedo num dispositivo. Eles podem alterar as cores e mover elementos com transições suaves. Graças ao design WYSIWYG (o que vê é o que obtém), os utilizadores podem criar interfaces com um nível de qualidade que antes só poderia ser fornecido por webdesigners.
Podem ser adicionados requisitos especiais pelos próprios melhoramentos ou controlos personalizados do utilizador, o que significa que os utilizadores podem usar a função configurável do cockpit para recolher, visualizar e analisar os dados necessários para a sua tarefa, por exemplo, os níveis de preenchimento para o comprador num desktop e dados de desgaste para o técnico de serviço num telemóvel. Os dados podem ser exibidos como uma “lista de serviços”, por exemplo, o que permite manter uma visão geral da urgência das tarefas de manutenção e reparação.
O Gestor de Produção, por sua vez, recebe todos os dados da máquina colocados num painel. Isso permite que o gestor de produção veja a eficiência com que as máquinas estão a produzir, quantas peças são de boa qualidade e quantas rejeições foram produzidas.
Mas também existem opções de expansão para requisitos específicos numa linguagem de alto nível como o Java Script. Mesmo com todas as opções que o software inclui desde o início, ele pode ser levado ao limite por clientes sofisticados. Graças às interfaces abertas, um webdesigner pode inserir um modelo 3D de um sistema, por exemplo, ou projetar toda a interface para corresponder ao IC de uma empresa.
HMI na web como impulsionador da digitalização
A visualização baseada na web abre ainda opções que vão muito além do próprio processo de produção. Estes incluem o registo manual de dados, por exemplo, na garantia de qualidade. Muitas vezes, os seres humanos ainda são essenciais nestes casos, por exemplo, para avaliar as propriedades de uma interface. Ou pode simplesmente ser muito caro substituir um paquímetro por uma máquina para recolher apenas algumas amostras. No passado, estes dados eram inseridos num caderno no local e, posteriormente, são digitados num computador no escritório. Um touchpad da máquina configurado corretamente permite que ele seja inserido diretamente na máquina. Isso economiza tempo e os dados ficam disponíveis imediatamente em toda a empresa.
A manutenção é outra aplicação. O software pode lembrar automaticamente o técnico responsável sobre a próxima manutenção ou emitir uma mensagem de aviso se um valor limite for excedido. Pode até exibir detalhadamente as etapas de trabalho necessárias e também fornece uma lista de materiais.
Conclusão: aberto, simples, economizador de recursos e com visão de futuro
As opções para projetar a interface do utilizador estão a ser expandidas com inúmeras interfaces de comunicação proprietárias e padronizadas. Isso permite que o software seja usado tanto como cliente como servidor OPC-UA. Além disso, pode ser vinculado a qualquer controlador e a sistemas MES e ERP de nível superior.
Também chama a atenção por o próprio software também pode ser operado como um sistema embarcado em dispositivos menos potentes com Linux nativo ou Docker. Este último é um software gratuito para visualização baseada em container, o que significa que todos os pacotes necessários, desde o código até às bibliotecas do sistema, são instalados separadamente dos demais recursos de um computador.
Isso torna esta solução ideal para os mais recentes desenvolvimentos emergentes em engenharia de máquinas e instalações. Existem poucos produtos de série na construção de máquinas – em vez disso, prevalecem as máquinas personalizadas. Interfaces operacionais configuráveis e reutilizáveis são ideais neste caso. O design modular da máquina reflete-se na estrutura da IHM. Na engenharia de instalações, pelo contrário, a heterogeneidade dos sistemas está a aumentar. É possível, em grandes instalações de produção, que centenas de controladores diferentes de dez fabricantes diferentes necessitem de ser interligados.
Para manter os custos de desenvolvimento sob controle neste tipo de mercado, um software muito aberto e flexível é essencial para integrar futuros componentes e sistemas que ainda não foram projetados atualmente. Um desenvolvimento complexo que se tornaria obsoleto após apenas alguns anos seria simplesmente demasiado caro e não comercializável. Por causa disso, a tecnologia baseada na web é a solução mais inteligente e inovadora, e pode ser usado para criar visualizações complexas sem grande conhecimento e lidar com inúmeras tarefas que, no passado, exigiam que os utilizadores adquirissem produtos de software separados. Isto significa que os fabricantes de máquinas podem oferecer aos seus clientes valor agregado na forma de funções de máquinas, ajudando-os a destacar-se da concorrência.
Weidmüller – Sistemas de Interface, S.A.
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