Convergência da Automação Industrial

Estamos em um momento onde há grandes discussões a respeito da Indústria 4.0, é natural, pois existe uma expectativa de uma grande mudança na forma de como vamos lidar com a produção no futuro, todavia ainda existem questões básicas, uma vez que a base da Indústria 4.0 é unir as informações, pessoas e máquinas em um único ambiente (cibernético) e com isso nos perguntamos: Como unir física e logicamente todas as informações de um ambiente empresarial para pavimentar esta Quarta Revolução?

Para delimitar nosso texto, vamos escrever sobre três questões de muita relevância neste momento de transição, que é a convergência das informações:

·         O que é unir informações da TA (Tecnologia da Automação), TI (Tecnologia da Informação) e IIoT (Internet Industrial das Coisas);

·         Como montar uma infraestrutura de Convergência de TI, TA e IIoT;

·         Como gerar Valor na produção industrial com a Convergência das informações.

Estes itens darão um formato para as respostas que, hoje precisam ser respondidas e aplicadas para que haja sucesso na evolução desta transição para Indústria 4.0.

Para um bom entendimento do que vamos escrever aqui, relacionamos abaixo os principais termos usados no texto, de forma sucinta e direta, não esgotam o assunto pois o objetivo é dar uma ideia e desde já, sugerimos uma pesquisa mais aprofundada em cada item:

·         TI – Tecnologia da Informação – todo o conjunto de Hardware e Software para gestão da unidade empresarial;

·         TA – Tecnologia da Automação – todo o conjunto de Hardware e Software responsável pela medição, controle, automação e segurança da planta / máquina na unidade produtiva;

·         IIoT – (Industrial Internet of Things) – Rede de comunicação que produz e consome informações da unidade industrial através das pessoas, máquinas, equipamentos e dispositivos;

·         Cloud – Conceito de disponibilizar as informações na “Nuvem” (Internet), como principal objetivo de centralizar, proteger e distribuir informações;

·         Big Data – Banco de dados com características de (Volume, Velocidade e Variedade) onde se centraliza, grava e analisa todas as informações da unidade empresarial.

Dado o entendimento do tema e sua importância, vamos imaginar um cenário, que é muito real no dia a dia das industrias:

·         O departamento de TI faz gestão de dados off-line (planilhas) do setor de produção;

·         A operação (automação) somente foca comando e controle, mas não “enxerga” a produção;

·         As tomadas de decisões de produção são reativas (lentas) e não são alinhadas ao negócio de forma estratégica.

Cenários como os descritos acima são comuns e serão nossos direcionares para entender a importância da convergência das informações da empresa no âmbito de TI, TA e IIoT.

Como toda tecnologia o conhecimento de sua evolução nos mostra os impactos que provocam em seu ambiente de aplicação, em nosso caso, entendendo que TI e TA se convergiram ao longo do tempo, em seu início não houveram nenhuma relação entre as duas, porém hoje pensamos praticamente em um único ambiente, unindo as informações de forma transparente e inter-relacionada.

O entendimento de unir as informações, através das redes, da TI e TA é de fácil entendimento no tocante a coletar dados, porém quando pensamos nos desafios técnicos, é importante saber que estes mesmos desafios são diferentes entre estas duas áreas, com isso é importante dar a devida atenção na solução de cada uma, uma vez que o resultado final é atender os dois ambientes de forma a ser uma única rede de informações, então segue abaixo os desafios da TI e TA:

Prioridade da TI: Proteger Dados

1.     Confidencialidade

2.     Integridade

3.     Disponibilidade

Prioridade da TA: Proteger o Processo

1.     Integridade

2.     Disponibilidade

3.     Confidencialidade

Entendendo a Convergência da Automação Industrial

Com o entendimento acima, podemos agora então conceituar o que é convergência:

Convergência é a tecnologia e a técnica de interligar as redes de informação de toda a cadeia produtiva industrial, com objetivo de formar dados inteligentes para tomada de decisões. A convergência das informações, no ambiente industrial, traz benefícios para a produção e a empresa como negócio e seu conjunto empresarial, relacionamos abaixo alguns dos principais:

·         Decisões Estratégicas

·         Regras de Negócio

·         Menor Tempo de Colocação Produto no Mercado

·         Flexibilidade na Produção

·         Padronização da Operação

·         Manutenção Inteligente

·         Menor Custo de Propriedade

·         Redução de Custos

·         Economia de Energia

·         Aumento da Segurança

·         Eliminação de Erros

·         Melhoria do uso do Ativo

·         Redução do Desperdício

·         Transparência nos Negócios

·         Gerenciamento do Risco do Negócio

A infraestrutura que permite todas estas conexões se dá por 3 redes básicas, como vimos, da TI, TA e IIoT, cada uma destas redes funcionam de forma independente dentro de seu ambiente, porém é importante entender que elas serão unidas dentro do Big Data e poderão ficar disponíveis através do Cloud, tudo isso com estrutura de segurança de dados, lembrando que o resultado final é um ambiente cibernético, onde as informações, as pessoas e as máquinas (equipamentos) trocaram informações entre si, de forma segura, consistente e com objetivos definidos.

De tudo que falamos, entendemos que com todo este ambiente interligado, naturalmente tenho uma quantidade de informações que antes não era possível, sem esta interconexão, um operador se limita a apenas ligar ou desligar um motor, por exemplo, mas em um ambiente interconectado, as informações que chegam ao operador fazem com que haja interação com a manutenção, produção e custos, tudo isso em tempo real e com tomada de decisões precisas.

Com todas as informações trafegando pela rede, passamos a operar plantas com informações On-Line, isto é, exatamente no momento que está acontecendo eu tenho a informação e de diversas formas, tanto na tela do computador, com em um Tablet ou celular, tanto no ambiente local, quanto remoto, em formatos de gráficos, e-mail, SMS e tantos mais meios eletrônicos e amigáveis que existirem.

Com este novo ambiente eu customizo minha gestão, isto é, eu crio um ambiente onde podemos dirigir a produção com indicadores que impactam na eficiência produtiva, no custo e na segurança, por exemplo, com isso a energia de operação fica em indicadores focados com metas e estes estão relacionados no grande ambiente de negócios, onde tudo se impacta na alteração destes indicadores.

Quando falamos em decisões estratégicas, devemos pensar no impacto de qualquer variável no processo que cause um efeito na ponta do negócio, com a convergência é possível, por exemplo, entender que quando um equipamento oscila na produção o mesmo pode ocasionar variabilidade no processo, elevando custos energéticos e de manutenção, elevando o custo total do produto, alterando o custo especifico e impactando na ponta a satisfação do cliente.

Esta nova forma de analisar, não tem novidade, uma vez que os sistemas de gestão podem fazer isso já há algum tempo, todavia quanto trazemos as melhores práticas de gestão e colocamos as informações em tempo real de todos os processos e relacionamos todas as variáveis, analisamos com antecedência todo e qualquer variação no negócio como um todo, isso é gestão estratégica.

Como vimos, a convergência é a união, física e lógica das redes, mas como funciona toda esta troca de informações neste ambiente cibernético?

Primeiro temos que entender a tecnologia, vou falar sobre um dos modelos mais utilizados, da mesma forma não esgota o assunto, pois há muita tecnologia envolvida, mas vamos passar como é uma estrutura básica.

Quando pensamos em potencializar as informações de todas as redes, precisamos entender um conceito básico que é produzir a informação e outro que é consumir esta informação, para isso todo o conjunto de redes deve estar preparado para isso, hoje temos os WebService que é uma tecnologia de troca de informações, onde programamos blocos que vão gerar e consumir dados, através de um padrão e um objetivo específico.

Nas redes industriais hoje temos o OPC-UA, que é o padrão de comunicação industrial com Arquitetura Unificada, que permite usar linguagem para WebService, pois utiliza a o XML, que é um padrão de linguagem que permite todas as trocas de informações entre todas as redes.

Tudo isso conectado numa arquitetura física e lógica, utiliza-se um protocolo chamado de SOAP (Protocolo Simples de Acesso a Objetos), que permite esta produção e consumo de informações dentro de um ambiente definido, de conexão via Internet.

Todo este conjunto de hardware, softwares e linguagem de troca de informações, chamamos de arquitetura em SOA, Arquitetura Orientada a Serviços, onde independente dos equipamentos, utilizamos padrões de informações e troca de dados.

Para dar um exemplo de fácil entendimento, os sistemas de pagamento de cartões de crédito, onde se conecta a parte fiscal, ao banco e a administradora do cartão, com diversos tipos de hardware que produzem e consomem informações referentes a compra, ao cliente, ao fornecedor, ao fisco, ao comércio, tudo num único ambiente de internet, é o mesmo conceito tecnológico de nossa convergência.

Uma vez que agora temos um ambiente de informações, conectados de forma interna e externa, as ameaças se segurança, que antes eram de preocupação exclusive da TI, passam para este ambiente, onde inclui-se a TA e o IIoT.

Todo este ambiente deve ser protegido de acessos não autorizados, ameaças lógicas, intrusos, definições de políticas de acesso, não só no ambiente corporativo, mas também no industrial, uma vez que temos informações de máquinas e processo no mesmo ambiente de rede.

Não é objeto de nossa apresentação falar de Cibersegurança, trataremos este tema numa outra oportunidade, todavia é importante colocar este item como parte fundamental do projeto de convergência.

Pontos a serem observados

Para implantar o projeto de convergência, relacionamos abaixo alguns itens fundamentais que devem ser observados, também não é um roteiro fixo e nem pronto, é necessário um projeto multidisciplinar com a TI e TA, mas apontamos alguns itens a observar:

·         Desenhe todos os fluxos de negócios e suas inter-relações com todas as redes (Workflow com proposição de Valor);

·         Prepare todas as redes de forma a serem produtoras e consumidoras de informações (padrão);

·         Faça um projeto de conexão física, lógica, de segurança e de interligação das redes;

·         Programe os Webservices de acordo com as regras de negócio;

·         Treine as pessoas para o uso do Valor do conhecimento da planta que está no Big Data, trazendo os benefícios para o Negócio.

Como estamos em uma transição, a Cultura é uma questão importante para entender tanto o impacto no uso, como nas barreiras a sua implantação:

·         Vivemos a transição do dado físico para o virtual, a capacidade de absorção está no profissional;

·         A mudança dos índices de produtividade no Brasil passará necessariamente pelo investimento na educação profissional e inovação tecnológica;

·         A nova geração habituada as redes sociais, informação onipresente e decisões instantâneas, serão os novos operadores da Fábrica Inteligente.

As novas tecnologias e a convergência mudarão alguns formatos tecnológicos que temos em nossas plantas, descrevemos abaixo algumas tendências que entendemos que, terão grande impacto num futuro próximo:

·         Assim como a convergência das informações, há tendência da convergência dos sistemas de gestão, não haverá diferença entre ERP, MES, BI, CRM e tudo mais;

·         A gestão de Operação e Manutenção caminha para Decisões baseada em Eventos, os procedimentos e ações serão automatizados, dando cognição a cada ação tomada;

·         As infraestruturas de TA caminham para serem administradas igual a TI – SaaS – Software as a Service (Software como Serviço), IaaS – Infrastructure as a Service (Infraestrutura como Serviço); PaaS – Platform as a Service (Plataforma como Serviço).

Conclusão

Concluímos que, quando pensamos em convergência, temos que pensar em simplificação e potencialização, em nosso caso juntar TI e TA é aumentar o valor destes ativos de forma a obter ganhos de produtividade na indústria nunca antes vistos.

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 O moinho e o processo de moagem

O moinho consiste em um equipamento motorizado onde a força do motor é transmitida através de correias a um eixo rotativo dotado de facas removíveis, sendo geralmente utilizadas três ou quatro facas dependendo do tamanho do moinho e da potência do motor. No bloco do equipamento, duas facas, uma de cada lado, são presas lateralmente ao eixo ficando a cerca de 1 milímetro de distância das facas rotativas para que seja feito o corte do material. Acima das peças que realizam o corte existe uma caixa que protege o operador das facas e do material moído que é lançado pela força da rotação das mesmas, essa caixa também pode ser considerada uma espécie de funil, com a exceção de que não é possível acumular material até sua boca, o que causa aquecimento do sistema de corte e travamento do eixo.

 Abaixo do eixo com as facas rotativas, uma tela de aço com furos de aproximadamente 1 centímetro de diâmetro controlam a granulometria dos flocos produzidos e mantém o material no curso das facas, podendo essa tela ser trocada por uma de granulometria maior ou menor, de acordo com a necessidade do reciclador. Um moinho equipado com uma tela de furos pequenos produzirá flocos igualmente pequenos, o que facilitará o processo de extrusão ou de injeção porém reduzirá a capacidade produtiva do moinho já que as facas rotativas precisarão passar mais vezes pelo material para reduzir suas dimensões. 

Uma tela de furos grandes produzirá flocos igualmente grandes com uma capacidade produtiva maior, porém isso poderá prejudicar a extrusão, pois os flocos se “enroscariam” no funil impedindo uma dosagem eficiente e no caso do uso direto em injetora o

processo seria impossibilitado.

É necessário que o operador tenha muito cuidado na manipulação do moinho, tanto em seu uso quanto na limpeza. Nunca se deve tentar retirar peças que ficam presas na boca da máquina com a mesma ligada, além disso, durante a limpeza ou troca das facas é recomendável que o operador desligue a chave geral para que não ocorra acionamento acidental do equipamento.

Após a passagem pela tela, os flocos podem cair em uma gaveta para depois serem retirados manualmente ou transportados por equipamento

pneumático ou rosca transportadora até um silo de armazenagem.

Os flocos produzidos pelo moinho podem ser utilizados diretamente em uma injetora, misturados ou não com material virgem, desde que sua granulometria permita uma dosagem adequada à máquina e a procedência do material moído seja conhecida.

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A Extrusora e o Processo de Extrusão

A extrusora é um equipamento largamente empregado na indústria do plástico na fabricação de produtos contínuos como filmes, perfis, tubos, monofilamentos e etc. Além da produção de material granulado novo ou reciclado.

O processo de extrusão consiste em alimentar o funil da extrusora com o material moído ou granulado, o qual através da gravidade cairá sobre uma rosca que o transportará dentro de um cilindro aquecido por resistências elétricas, parte desse calor é provido pelo atrito do próprio material com as paredes do cilindro. Nessa fase, o material passa por 3 zonas: alimentação, compressão e dosagem.

Na zona de alimentação, a rosca possui sulcos profundos, pois a intenção é apenas aquecer o material próximo ao seu ponto de fusão e transportá­lo a próxima zona. Na zona de compressão, existe uma diminuição progressiva dos sulcos da rosca, comprimindo o material contra as paredes do cilindro

promovendo sua plastificação. Na zona de dosagem, os sulcos da rosca são continuamente rasos, fazendo com que exista uma mistura eficiente do material e a manutenção da vazão através da pressão gerada.

Ao final do cilindro o material é forçado contra telas de aço que seguram as impurezas como metais e borracha, passando então a matriz onde tomará a forma do produto final. A partir desse ponto o processo segue um rumo diferente de acordo com o produto a ser fabricado, podendo ser a produção de filmes, de frascos soprados, perfis, tarugos, revestimento de fios elétricos, granulados e etc.

Outros tipos de extrusora

Uma extrusora não precisa necessariamente ter apenas uma rosca, ela pode ter duas ou até quatro (esta é mais rara). A extrusora dupla­rosca é útil no processamento de materiais mais sensíveis como o PVC, na produção de masterbatch, blendas e compostos, já que sua capacidade de mistura e bombeamento do fundido é bem melhor que a de uma monorosca. Suas roscas podem ser co­rotantes (giram no mesmo sentido) como podem ser contra­rotantes, o que pode fazer diferença dependendo do que se está processando.

Qual a diferença entre extrusora e injetora?

A extrusora gera produtos contínuos, pois a rosca gira e envia material o tempo todo para a matriz. A peça produzida geralmente é resfriada em uma banheira com água enquanto na injetora o resfriamento ocorre dentro do molde, o que a grosso modo podemos dizer que equivale a matriz da extrusora. A rosca da extrusora não se movimenta para frente ou para trás, e a pressão é gerada pela progressiva diminuição dos sulcos da rosca, ao contrário da injetora, onde a rosca avança comprimindo o material fundido a fim de injetá­lo através do bico de injeção para dentro do molde.

Extrusão de Chapas

A extrusão de chapas pode ser simples, feita com um único material, ou multicamadas (co­extrusão) com o uso de material novo nas partes externas e miolo de plástico reciclado, por exemplo, reduzindo o custo sem perder qualidade no acabamento.

A princípio, existem três técnicas usadas na produção de chapas plásticas:

1 – A mais popular, com extrusão através de uma matriz plana em rolos polidos, que pode incluir o uso de uma faca pneumática;

2 – Extrusão através de uma matriz anelar em um mandril, onde o extrudado sai na forma de tubo e depois é achatado por rolos (processo usado na produção de chapas de espuma)

3 – Calandragem.

Também existem outros métodos de extrusão de chapas usando o resfriamento por água.

Os rolos usados na linha de extrusão geralmente têm circulação de líquido refrigerante dentro deles e suas temperaturas são controladas, mesmo porque a chapa deve ser resfriada gradualmente até que esteja solidificada o suficiente para continuar o processo.

Acima é mostrado um sistema com três rolos, onde a chapa de

polipropileno é puxada entre esses rolos até chegar ao final da linha. Esse desenho permite que tenhamos idéia da importância do controle de temperatura nesse processo, já que a chapa necessita estar entre 215 e 250°C na saída da matriz; entre 155 e 175°C ao passar pelo rolo intermediário, que é uma temperatura onde o PP ainda está mole o suficiente para fazer a “curva do rolo”; e entre 100 e 120°C ao sair do rolo inferior, que já é uma temperatura abaixo do ponto de fusão do PP e apropriada para que a chapa seja tracionada pelos rolos de borracha.

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