Capítulo 9: Modelos e Conceitos de CIM

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1 Capítulo 9: Modelos e Conceitos de CIM
Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

2 INTRODUÇÃO Sistemas de manufatura na última década do século 20 e nas primeiras décadas do século 21  protótipos dos conceitos de CIM do futuro. Processamento e a Distribuição eficiente das informações  papel fundamental para que se tenha fábricas programáveis para famílias específicas de produtos. Um dos maiores desafios destas fábricas  concepção e projeto de um modelo genérico de manufatura; existência de ferramentas padronizadas de hardware e software a partir dos quais uma fábrica funcional pode ser configurada. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

3 INTRODUÇÃO Produto & seus métodos de manufatura estejam definidos  projetista (engenheiro) do sistema de manufatura: será capaz de introduzir suas idéias no modelo genérico, modelo específico poderá ser construído a partir de uma biblioteca de ferramentas que serão necessárias para fabricar o produto. Computadores da fábrica programável  serão usados para o planejamento, agendamento e controle automatizados, e executarão algoritmos complexos. Capítulo 9  discute os problemas de fornecer a tecnologia de informação adequada para as futuras fábricas. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

4 MODELOS EXISTENTES DE CIM
CIM  começa com a concepção de um novo produto (suas funções e características). Projeto do produto  métodos e processos necessários para a sua manufatura. Conceito de CIM  computador é um fator integrador no controle da interação entre o homem e a máquina, desde o projeto do produto até a sua manufatura. CIM  gera informações & controla a distribuição de informações para assegurar um fluxo suave e otimizado de materiais, peças e produtos. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

5 MODELOS EXISTENTES DE CIM
Construção de um sistema CIM  processo longo e tedioso; requer experiência de manufatura, software e hardware, para utilizar computadores nas várias atividades de um sistema de produção, e interligá-los de forma a compor uma entidade funcional. Modelo de CIM  grande vantagem para os projetistas e para os processistas  fornecendo a eles os componentes e ferramentas de configuração básicos de um sistema de manufatura, permitindo-os conceber um sistema de manufatura particular para qualquer produto que se queira fabricar. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

6 MODELOS EXISTENTES DE CIM
Conceitos de modelos genéricos de manufatura  evoluíram a partir de esforços de várias indústrias e grupos de pesquisa para construir modelos para as suas aplicações particulares. Muitos componentes nestes modelos possuem funções similares  um modelo genérico universal seria factível. Entretanto  é muito difícil construir um modelo genérico que possa ser usado por uma fábrica de eletrodomésticos, ou uma fábrica de aviões, ou uma fábrica de roupas, etc., e isto pode resultar num elevado grau de abstração  o modelo genérico deve ser bem estruturado e muito pormenorizado para fornecer ao usuário uma ferramenta que permita a ele implementar continuamente suas próprias estratégias de manufatura. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

7 MODELOS EXISTENTES DE CIM
Atividades num modelo de CIM  são iniciadas por uma encomenda de um produto, pela qual vários estágios das funções e técnicas organizacionais são executadas seqüencialmente ou em paralelo. Escopo do modelo  engloba todas as funções que são necessárias para atingir o objetivo de uma empresa. Em algumas aplicações o ambiente do fornecedor também deve ser incluído. Modelo detalhado  pode incluir o mercado, exigências legais, suprimento de recursos, suprimento de capital, etc. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

8 MODELOS EXISTENTES DE CIM
É muito difícil incluir todos os fatores num só modelo e obter uma representação com algum significado  existirá sempre limitações em qualquer modelo. Um modelo pode conter: Apresentação das funções de negócio (administrativas): modelo típico de CIM e suas subfunções ilustrados na próxima figura  ênfase na aplicação do computador nas várias atividades da fábrica. Integração do banco de dados de gerenciamento de informações: Neste modelo o banco de dados mestre de CAD/CAM executa um função de integração num empresa de CIM. Apresentação do fluxo de materiais e produtos. Apresentação do fluxo de informações Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

9 MODELOS EXISTENTES DE CIM
Descrição das Interfaces e Protocolos de Comunicação: necessidade da padronização de interfaces e protocolos, e a possibilidade de usar-se componentes modulares de sistemas. Apresentação de funções de planejamento e controle: vantajoso que o modelo mostre como as informações para as funções de planejamento e controle são representadas, e como elas são refinadas desde um nível abstrato até o nível detalhado. Inclusão do tempo: Na manufatura a obediência às agendas de entrega é extremamente importante. Por essa razão, um modelo mostrando os tempos passados e aqueles por vir é vantajoso. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

10 O CONCEITO DE CIM DA IBM IBM  envolveu-se com as indústrias de manufatura quando os primeiros computadores foram introduzidos num ambiente fabril. IBM  percebeu rapidamente que as indústrias de manufatura correspondem a um enorme potencial de mercado para hardware e software. IBM  começou a concentrar-se no desenvolvimento de vários módulos de processamento de dados para aplicações específicas daqueles consumidores. Tentativa  conceber produtos que poderiam ser usados por várias indústrias, com pouca ou nenhuma mudança. Freqüentemente  isto era uma tarefa muito difícil porque era necessário mudar o produto e/ou os métodos da fábrica para a automação. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

11 O CONCEITO DE CIM DA IBM Este esforço levou, no início dos anos 70, ao desenvolvimento de uma filosofia geral de CIM chamada “COPICS” (“Communication-Oriented Production Information and Control System”), que incluiu todas as atividades de planejamento e controle da manufatura. Próxima figura  fluxo funcional das informações num ambiente COPICS  suporte específico dado pela IBM ao processamento de informações reside na administração, tomada de decisões e várias aplicações  forte ênfase dada às comunicações, e ao gerenciamento de bancos de dados. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

12 A arquitetura dos elementos de um CIM, definida pela IBM
O CONCEITO DE CIM DA IBM A arquitetura dos elementos de um CIM, definida pela IBM Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

13 O CONCEITO DE CIM DA IBM Tentativa  unir soluções individuais de processamento de dados num conceito geral  IBM pode ser considerada uma pioneira nas atividades de CIM. Muitos dos conceitos atualmente sendo buscados foram grandemente influenciados for estas tentativas. Originalmente, a IBM tentou promover, na estrutura do COPICS, suas próprias soluções de hardware e software  não tentou-se incluir outros produtos, ou fornecer interfaces para eles  entretanto, com o surgimento de vários produtos rivais, o cliente insistiu em torná-los compatíveis com as soluções IBM  IBM posteriormente aumentou o seu escopo, e buscou oferecer interfaces gerais para integrar outros produtos no seu conceito. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

14 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
NIST  laboratório AMRF (“Advanced Manufacturing Research Facility”)  objetivo de chegar-se a padrões de software e hardware para sistemas de manufatura controlados por computador  resultados experimentais deste laboratório usados para verificar o modelo. Modelo  suporta um ambiente de manufatura controlado dinamicamente, e é um projeto modular. Assume-se um sistema hierárquico de computadores e sensores  planejar e controlar as operações de manufatura. Quantidade significativa destas atividades são feitas em tempo real. Processamento de dados transparente e compartilhado  rede de comunicação interliga todos os computadores. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

15 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
Atividades individuais podem enviar e escrever informações de/para locais de memória virtual com o auxílio de caixas de postagem; isto simplifica consideravelmente o projeto e operação do sistema de controle. Modelo do NIST facilita enormemente a configuração do sistema de controle para a manufatura. Modelo consiste de 3 pilares: um sistema de gerenciamento de informações, um sistema de controle, um sistema de projeto e planejamento. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

16 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
Sistema pormenorizado de gerenciamento de informações coordena e controla toda a fábrica. Sistema de projeto e planejamento do processo prepara os documentos de manufatura. Informações sobre uma encomenda são introduzidas no nível mais alto da hierarquia, e objetivos globais e estratégias de longo prazo são decididas. Encomenda inicia as atividades de manufatura, projeto e planejamento do processo. Em cada nível mais baixo o processamento da ordem é sucessivamente refinado, até que no nível mais baixo da hierarquia instruções de controle são geradas para operar diretamente os equipamentos de manufatura. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

17 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
Cada nível de controle obtém somente aquelas informações que são pertinentes para a sua tarefa. P.ex.  um plano de processos possui informações estruturadas para o nível da célula, nível da estação e nível da máquina  comandos para a tarefa de manufatura são passados em seqüência através dos níveis de controle; eles podem chamar operações paralelas e seqüenciais em níveis mais baixos de controle  cada informação necessária para fabricar o produto é gerada pelo sistema, isto é: seleção de materiais, determinação das operações e sua seqüência, cálculo dos parâmetros de usinagem, agendamento e roteamento das peças, etc. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

18 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
Sistema de gerenciamento de informações  conhece: as prioridades da ordem, estado dos equipamentos, disponibilidade de materiais, qualidade atingida, etc. Sensores no nível da fábrica obtêm informações sobre o estado do processo de manufatura, e enviam estas informações para níveis superiores. Sistema inteiro é composto por módulos de hardware e software. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

19 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
Componentes podem ser acrescentados e excluídos com um mínimo de esforço e perturbação da fábrica. Banco de dados central contém uma descrição do estado completo da fábrica a qualquer momento, e portanto o sistema pode responder imediatamente a mudanças e perturbações na produção. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

20 MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
A arquitetura de CIM do NIST Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

21 CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
Atividades computacionais da Siemens na manufatura  direcionadas por uma filosofia forte e bem estruturada de CIM. Siemens  vende produtos de processamento de dados, e usa-os em suas inúmeras atividades de manufatura. Para a Siemens  CIM não é um produto pronto, e sim uma estratégia e um conceito para atingir o objetivos de marketing da empresa. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

22 CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
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23 CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
Funções da figura  interligadas por um intensivo fluxo de informações. Tarefa do fluxo de informações  processamento e distribuição de dados de uma maneira concisa e no tempo certo. Para a comunicação dos dados, as interfaces e protocolos devem ser fornecidos. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

24 CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
Para especificar as exigências de um sistema de processamento de dados que atenda a toda uma empresa, as seguintes perguntas devem ser respondidas: Que tipo de dados são gerados? Que tipo de dados são necessários e onde são usados? Quem administra e mantém os dados? Quem é responsável por quais dados? Quais dados são mantidos num banco de dados comum? De onde deve-se obter os dados, e para onde eles devem ser enviados? Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

25 CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
Modelo hierárquico de uma empresa é usado para processar os dados num sistema de manufatura. Cada nível hierárquico possui suas próprias exigências de processamento de dados, e existe um fluxo constante de instruções desde os níveis superiores até os níveis inferiores. Para controlar e sincronizar atividades paralelas em cada nível, ocorre um fluxo intensivo de dados horizontalmente, e esta troca de dados é mais rápida no nível do chão-de-fábrica. Uma característica particular do modelo da Siemens é que ele incorpora uma atividade de organização assistida por computador (“CAO”), que inclui pessoal e finanças. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

26 CONCEITO DE CIM DA DEC Digital  produtora e usuária de hardware e software de CIM. Termo CIM para a DEC  melhoria de um processo de manufatura com o auxílio do computador, e a integração do processamento de informações presente em todas as atividades da empresa. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

27 CONCEITO DE CIM DA DEC Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

28 CONCEITO DE CIM DA DEC Modelo da DEC parece com o da Siemens.
Atividades individuais deste modelo  suportadas por um modelo bem estruturado de tecnologia da informação (ver figura) Próxima figura mostra 2 modelos de TI, representando 2 atividades  são interligadas por um sistema de comunicação. Modelo de TI é uma extensão do modelo OSI (“Open Systems Interconnection”). Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

29 Dois modelos de tecnologia de informação comunicando-se um com o outro
CONCEITO DE CIM DA DEC Dois modelos de tecnologia de informação comunicando-se um com o outro Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

30 CONCEITO DE CIM DA DEC Interface do usuário com os dados: Esta interface conecta o usuário com o módulo de processamento de dados. Isto é possível através de estruturas de dados independentes do dispositivo, operações de entrada e saída, e também funções de comunicação. Serviço de processamento de dados: Este serviço fornece as ferramentas para a execução de processos de gerenciamento e aplicação. Processos paralelos, heterogêneos podem trocar dados e mensagens automaticamente. Serviço de armazenamento e extração de dados: Este módulo é independente do dispositivo, e efetua todas as funções de gerenciamento de dados e arquivos de um sistema aberto, distribuído e heterogêneo. Além disso, ele fornece serviços de consistência, segurança e precisão de dados. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

31 CONCEITO DE CIM DA DEC Serviço de redes para sistemas distribuídos: Este módulo é a conexão física e lógica num sistema aberto. Protocolos estabelecem as convenções requeridas entre os componentes do sistema, determinam as trajetórias padrão de comunicação, e identificam elementos padrão de dados. Integração da estrutura de dados: Uma integração bem sucedida do sistema é alcançada pela organização de todos os dados num banco de dados físico no qual as associações lógicas são bem estruturadas. Uma tentativa é feita para preparar estruturas de dados distintas para as várias aplicações, e para definir algoritmos que estabelecem ligações entre as estruturas de dados. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

32 CONCEITO DE CIM DA DEC Integração da infra-estrutura: A arquitetura do sistema é concebida como um ambiente distribuído usando componentes heterogêneos de hardware e software. Características inclusas são os pacotes de software “portáteis”, armazenamento e extração de dados independentes do dispositivo, troca de dados sem obstruções, linguagens de consulta (“query languages”) padronizadas, sistemas operacionais unificados, redes e protocolos comuns, elevada modularidade e possibilidade de adaptar rapidamente a mudanças na tecnologia. Integração do sistema de informações: A integração do sistema é considerada um processo incremental que adapta-se a constantes mudanças nas funções de negócios, estruturas de dados e infra-estrutura. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

33 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
ESPRIT  programa de pesquisa e desenvolvimento orientado à indústria com o objetivo de impulsionar o nível de competitividade industrial da Comunidade Européia  uma arquitetura de sistema aberto (“OSA”) está sendo fornecida, que permite a configuração de instalações de manufatura a partir de modelos genéricos. Estrutura do conceito CIM-OSA  possível construir arquiteturas de CIM para várias indústrias e aplicações de manufatura, a partir de blocos básicos de acordo com diretrizes definidas  infra-estrutura integrada auxilia empresas a organizar e agendar dinamicamente suas atividades. Parte importante deste esforço de padronização é a arquitetura de referência CIM-OSA, que contém uma biblioteca de blocos funcionais genéricos. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

34 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Conceito CIM-OSA  ambiente de engenharia, e um ambiente de operação da empresa (ver figura). Ambiente de engenharia  contém a arquitetura e recursos de referência usados para estruturar e preparar um modelo da empresa. Com o auxílio do ambiente de engenharia  projetista é capaz de consultar a arquitetura de referência CIM-OSA, e desenvolver o modelo particular da empresa  usuário pode tentar várias estratégias de manufatura, e pode otimizar estas com o auxílio de ferramentas de modelagem e simulação. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

35 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Ambientes de empresas no CIM-OSA Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

36 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Próxima figura  mostra como o usuário pode projetar uma operação de manufatura com o auxílio do ambiente CIM-OSA  com a disponibilidade da arquitetura de referência CIM-OSA, o usuário pode descrever as capacidades básicas que serão necessárias para construir o sistema de manufatura desejado. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

37 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
O ambiente CIM-OSA Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

38 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Próxima figura  esquema do conceito CIM-OSA. Parte superior da figura  mostrados os aspectos funcionais do modelo de uma empresa, Parte inferior da figura  mostra-se a estrutura de implementação. Esta estrutura consiste de uma interface H com o homem, dois sistemas computacionais A e B, e um controlador de máquina M. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

39 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Processo de entidades funcionais num sistema distribuído de execução de serviços Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

40 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Conceito CIM-OSA  sistema de manufatura é composto por módulos de entidades funcionais (ver próxima figura). Entidade funcional  objeto ideal, independente da implementação (p.ex. algoritmo, expressão matemática, função de controle, etc.) descrevendo um componente conceitual de uma determinada atividade. Entidades funcionais podem atuar seqüencialmente ou paralelamente. Troca de dados entre entidades funcionais relacionadas é feita através de uma transação. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

41 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
O conceito de entidades funcionais e seus menus de comunicação Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

42 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Existem três operações que podem ser efetuadas durante uma transação: o requerente envia uma unidade de dados para o destinatário. o destinatário atua sobre a unidade de dados. destinatário envia uma unidade de dados de resposta para o requerente. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

43 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Entidades funcionais  blocos genéricos básicos a partir dos quais configura-se a estrutura funcional de planejamento e controle, e a arquitetura física de um sistema de manufatura. Pontos fundamentais da abordagem CIM-OSA: modelo CIM genérico, biblioteca de módulos de hardware e software, possibilidade de configurar-se o sistema de manufatura particular com o auxílio da infra-estrutura de integração. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

44 MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
Ferramentas para a descrição, configuração e simulação do sistema de manufatura são bem definidas. Modelo CIM-OSA  considera tanto o usuário como o fornecedor do hardware e do software. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

45 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Quando um processo de manufatura é configurado a uma entidade funcional, deve-se projetar a estrutura do processo de informação para o controle e monitoramento. Existirão origens e destinos das informações. Origem  gera informações e leva-a até o processo. Origens típicas  desenho, BOM, sensores, sinais advindos de computadores de controle, etc. Destino  consome e/ou armazena informações. Destinos típicos  monitores de computadores, portas de entrada de controladores, etc. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

46 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Unidades de informação podem atuar tanto como origem quanto destino (p.ex. um dispositivo de armazenamento de dados). Existem vários meios de enviar informações de uma origem para um destino  modelo CIM-OSA usa um canal para enviar e receber informações entre duas entidades funcionais. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

47 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Troca de informações pode ser feita eficientemente somente se as interfaces de comunicação forem compatíveis, incluindo: meio (p.ex. um condutor de fibra ótica); níveis lógicos (p.ex. largura e altura dos pulsos); protocolo de comunicação (p.ex. comprimento e arranjo dos vários campos do protocolo); formato dos dados (p.ex. apresentação dos números inteiros ou reais). Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

48 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Existem várias formas de transferir informações entre entidades de um sistema de manufatura (ver figura): Comunicação indireta: Método mais simples; Dados contidos num dispositivo magnético de armazenamento são carregados manualmente de um computador para outro; Formatos dos dados e estruturas de arquivos, tanto da origem como do destino devem ser os mesmos  se isto não for possível, pré e pós-processadores devem ser usados para adaptar os formatos dos dados e as estruturas dos arquivos entre a origem e o destino. Entretanto, este método resulta numa grande redundância dos dados. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

49 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Comunicação direta: Conexão direta entre a origem e o destino. Isto implica que, além dos formatos dos dados, as interfaces e protocolos de comunicação devem ser os mesmos. Sincronização da origem e do destino  o que envia as informações (remetente) tem que assegurar que o receptor está pronto para a transferência dos dados no momento exato em que os dados são transmitidos. Este é um problema de difícil solução quando o remetente e o receptor operam em diferentes velocidades. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

50 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Comunicação interativa: feita interativamente através de um terminal. Troca de dados entre a origem e o destino pode ser facilitada por uma técnica de janela na mesma tela onde para cada aplicação atribui-se uma janela própria  usuário deve ser capaz de acessar os bancos de dados de ambos os sistemas que estão se comunicando. Para acessar os bancos de dados  uma linguagem de consulta deve ser fornecida tanto para a origem como para o destino. Bancos de dados devem ter um formato amigável. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

51 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Comunicação através de caixa de postagem: Este método soluciona o problema da sincronização da comunicação direta. Registros de dados a serem comunicados são depositados num buffer intermediário de dados, freqüentemente chamado de “caixa de postagem”; a troca de dados é feita através desse buffer. Pré-requisito para o sistema  uso dos mesmos formatos e estrutura por ambas as unidades de comunicação. Redundância dos dados deste método é bastante elevada. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

52 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Comunicação através de bancos de dados centralizados: os dados para a origem e o destino são mantidos no mesmo banco de dados, usando o mesmo formato e estrutura. Usuário tem acesso às informações através do gerenciador do banco de dados, onde por uma linguagem de consulta ele pode manipular os dados de maneira lógica. Esse método permite uma operação multi-usuário, assumindo uma elevada integridade dos dados manipulados. Banco de dados centralizado possui uma grande vantagem, quando mudanças, expansões e exclusões devem ser feitas. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

53 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Vários modelos de troca de dados numa fábrica Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

54 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Modelo Amherst-Karlsruhe  descreve as atividade técnicas de manufatura  assume que as encomendas foram introduzidas no sistema, e que todos os recursos estão disponíveis para planejar e controlar a fábrica. Conceito possui várias camadas representando as várias atividades de manufatura (ver próxima figura). 1a camada  contém as funções de engenharia e projeto, onde o produto é projetado e desenvolvido. Saídas  desenhos & BOM. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

55 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Conceito hierárquico de planejamento e controle Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

56 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
2a camada  planejamento do processo (p/ manufatura, montagem, e teste). Planos de processo + desenhos + BOM + encomenda dos consumidores  entrada para o agendamento. Existe uma rede computacional distribuída conectando, através do protocolo MAP, as atividades de engenharia, planejamento e agendamento. Saída do agendamento  liberação da ordem para o chão-de-fábrica. Manufatura  controlada por um sistema estruturado hierarquicamente, usando-se computadores em tempo real. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

57 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Operações nas máquinas e equipamentos de transporte e manuseio de materiais são monitoradas por um sistema de aquisição de dados. Dados coletados  representam o estado do sistema de manufatura, e correspondem às informações realimentadas usadas para o controle. A comunicação é feita no chão-de-fábrica através de um “bus”. Sistema computacional  interliga todas as funções da operação de manufatura; ele é disposto como uma rede hierárquica que pode ser configurada para executar uma função específica de manufatura. Configuração  ocorre efetivamente no nível de agendamento. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

58 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Existe uma distinção entre o sistema de controle físico e o sistema de controle lógico  usuário do sistema de controle configura os módulos de controle lógicos, cada um efetuando uma tarefa específica de controle, com o auxílio de uma linguagem de configuração (ver próxima figura). Módulos de controle lógico  são então interligados ao sistema de controle físico para planejar e supervisionar a operação de manufatura. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

59 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Conceito hierárquico de um sistema computacional virtual de controle Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

60 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Objetivo do modelo do produto  fornecer ao projetista uma ferramenta de modelagem com a qual ele pode descrever o produto. Modelo  pode conter informações sobre as funções, forma, geometria, acabamento, métodos de manufatura e montagem, e a qualidade do produto. Componentes básicos para a construção do modelo  devem ser independentes do produto e de seus processos de manufatura. Além disso  modelo deve ser capaz de ser usado em equipamentos computacionais de vários fabricantes. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

61 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Modelo do produto  estrutura as informações semânticas sobre o produto em várias camadas, por exemplo, camadas de concepção, projeto e manufatura (ver próxima figura). Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

62 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Exemplo de modelo de produto Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

63 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Apesar de haver muitos pesquisadores trabalhando no conceito de um modelo de produto, até agora existem poucos resultados que são úteis para a indústria. Dificuldades  decorrentes das muitas variações nos métodos de modelagem do produto e manufatura. Considera-se que para construir um modelo bem sucedido do produto, será necessário customizá-lo a classes específicas de produtos. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

64 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Informações básicas para o planejamento da manufatura de um produto  contidas no banco de dados do CAD  são dados gráficos e de manufatura, textos e uma descrição de componentes padronizados. Existem 3 planos a serem feitos: um para manufatura, outro para montagem e outro para testes (ver próxima figura). Muitas exigências desses planos são similares, mas não idênticas. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

65 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Atividades de planejamento assistidas pelo computador Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

66 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Planejamento Planejamento  representado por um ou vários módulos de controle lógico configurados para uma aplicação específica. IGES  pode ser aplicado para transferir dados gráficos do CAD para o CAPP; entretanto, para todos os outros dados não há um padrão disponível atualmente. Próxima figura  mostra diferentes modos de interfacear o CAD com o CAPP. Informações que saem do planejamento  devem ser introduzidas no agendamento  parâmetros do planejamento são usados pelo agendamento para iniciar ações no chão-de-fábrica. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

67 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Diferentes modos de interfacear o CAD com o CAPP Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

68 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Programação Banco de dados do CAD  origem para a programação dos equipamentos de manufatura. Programação deve ser feita para máquinas NC, robôs, e equipamentos de teste. Linguagens e métodos de programação usados diferem consideravelmente um do outro, como ilustrado na próxima figura. Máquinas podem ser programadas através de APT, ou uma linguagem orientada à tarefa. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

69 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Programação dos equipamentos de manufatura Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

70 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Vários métodos para conectar o banco de dados de CAD com o sistema de programação NC Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

71 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Encomendas do consumidor, datas de entrega, recursos de manufatura, e regras de prioridades são os parâmetros principais para preparar a agenda da manufatura. Documentos principais usados para o agendamento  BOM & desenho. Plano de processos & programas de máquinas  fornecem os parâmetros básicos de controle para o seqüenciamento e controle dos processos de manufatura. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

72 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Agendamento  uma das atividades mais difíceis da manufatura. Alguns dos métodos mais conhecidos usam programação linear e inteira, programação dinâmica, heurísticas, e mais recentemente métodos baseados no conhecimento  memória computacional  Agendamento  recomenda-se a sua execução on-line  isto requer que informações sejam realimentadas dos processos, e introduzidas no processo de agendamento para adaptar a agenda às condições da fábrica. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

73 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Esquema de um sistema de agendamento  ver figuras abaixo. Agendamento dinâmico de operações de manufatura Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

74 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
O ambiente integrado de agendamento do modelo genérico de manufatura Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

75 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Processo de manufatura  monitorado e controlado por uma rede de computadores. Estruturas hierárquicas podem ter 1, 2 ou 3 camadas dependendo do tamanho e complexidade do sistema de manufatura. Comunicação dessa rede é feita através do protocolo MAP numa camada superior, e num protocolo “bus” numa camada inferior para o controle e monitoramento das máquinas. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

76 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Características típicas desta rede são: Atividades de planejamento e supervisão nos níveis superiores, e controle e monitoramento nos níveis mais baixos. Uso de computadores de processo nos níveis superiores, e microcomputadores e CLPs nos níveis mais baixos. Protocolos TOP e MAP nas camadas superiores, e protocolos “bus” nos níveis mais baixos. Componentes estruturados genericamente que podem ser interligados de acordo com o princípio “plug-in”. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

77 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Sistemas abertos que podem ser configurados, estendidos ou compactados on-line automaticamente ou interativamente. Operabilidade contínua do nível inferior no caso de falha no nível superior. Uso de monitores como painéis de controle do operador. Programação e configuração simples do sistema através de teclado ou “mouse”. Apresentação gráfica do fluxo do processo (vistas macroscópicas e microscópicas). Levar o usuário a localizar falhas no sistema. Acesso ao usuário para processar dados em qualquer nível. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

78 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Mudança automática para equipamentos substitutos no caso de falha. Apresentação seletiva de tendências do processo e dados históricos de desempenho. Simulação da estratégia de controle em cada camada. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Controle do chão-de-fábrica pelo computador Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Tarefas de processamento de dados do computador de controle da célula Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Tarefas de processamento de dados do computador de controle da máquina Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Uma rede de computadores para CIM Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Níveis conceituais de rede num CIM Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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MAP/TOP Grande quantidade de problemas encontrados no projeto de redes causou o desenvolvimento de padrões para redes. 1o  padrão genérico de redes chamado OSI foi desenvolvido através da ISO. Então outros padrões foram desenvolvidos para que as aplicações pudessem ser adaptadas ao modelo de referência OSI. Um dos padrões mais importantes é o “MAP” (“Manufacturing Automation Protocol”)  iniciado pela GM em 1980, em cooperação com muitas outras empresas. Uma característica de uma LAN é a habilidade para interligar os vários computadores da empresa que podem ter sido comprados de diferentes fornecedores para uma rede, de forma que eles funcionem juntos. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

85 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
MAP/TOP Posteriormente  esforço para desenvolver um padrão paralelo do MAP para áreas de engenharia e escritório. Boeing  introdução do TOP (“Technical and Office Protocols”) em 1985. Importante  MAP & TOP não são padrões. MAP e TOP especificam elementos particulares dentro do padrão que são mais adequados para uma área particular da aplicação. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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MAP/TOP Especificações MAP e TOP são praticamente idênticas  sua diferença: foram projetadas para interfacear diferentes tipos de software de aplicação, e também no modo como as mensagens são enviadas pela rede. Os 2 tipos de rede podem ser interligadas de forma transparente, num custo baixo. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

87 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Bancos de Dados de CIM Coração de um CIM  sistema de gerenciamento de informações, que processa, manuseia e controla os dados compartilhados necessários para administração, projeto, planejamento, agendamento e controle. Eficiência da operação de uma fábrica CIM  depende da qualidade e integridade de um sistema bem projetado de gerenciamento de informações. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

88 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Bancos de Dados de CIM Existe um relacionamento próximo entre os dados que estão sendo processados e usados nas várias atividades de manufatura  p.ex. informações de projeto são necessárias para o planejamento, agendamento, programação de máquinas, controle de qualidade, etc. Por esta razão, um sistema de informações deve ser projetado como uma entidade que contém todas as atividades de manufatura. Componentes do sistema de informações: módulos de planejamento e controle, banco de dados comum, rede de computadores, e o sistema de comunicação. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

89 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Bancos de Dados de CIM Funcionalidade do sistema de gerenciamento de informações depende de quão bem estes componentes são integrados e usados. Dados manuseados e processados pelo sistema de gerenciamento de informações advêm de fontes externas e internas da empresa. Próxima figura  visão global dos dados que são introduzidos no sistema de manufatura, considerando-se o contexto da empresa no “mundo” em que ela opera. Anel externo  atividades que se projetam no futuro; Anel interno  atividades referentes aos processos de manufatura que estão ocorrendo atualmente na empresa. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Sistema de gerenciamento de informações de uma empresa Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Um banco de dados de CIM dever dar suporte a todo o fluxo de uma ordem ao longo da fábrica Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Projeto do Banco de Dados Algumas características necessárias: elevada velocidade de acesso, facilidade de atualização e manutenção, e redundância de armazenamento. 4 tipos diferentes de bancos de dados Coleção de Bancos de Dados Independentes: Somente valor histórico  era pioneira da tecnologia dos computadores. Conceito desenvolvido a partir da necessidade básica de cada aplicação de processamento de dados, levando à necessidade da fábrica como um todo possuir um banco de dados. Necessidade de um banco de dados central não foi reconhecida naquele tempo, e as ferramentas para construir e operar tal banco de dados não estavam disponíveis. Pouca consideração era dada a dados comuns, fórmulas, estruturas do banco de dados e protocolos. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Coleção de bancos de dados independentes Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Coleção de Bancos de Dados Independentes: Vantagens & desvantagens: maneira rápida de implementar muitas aplicações de manufatura; manutenção de bancos de dados individuais é fácil; número de bancos de dados redundantes será implementado; virtualmente impossível acessar outros bancos de dados; integração destes bancos de dados é extremamente difícil, e somente possível com pré- e pós-processadores, pelos quais reduz-se a integridade dos dados; manutenção de muitos bancos de dados independentes é cara; mudança num banco de dados pode resultar na necessidade de mudanças em vários outros. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Coleção de Bancos de Dados Independentes: Apesar destas dificuldades  bancos de dados independentes não podem ser considerados completamente descartados. Tipicamente, um engenheiro trabalhando num projeto especial estará instalando um banco de dados apenas para manusear dados sobre análises de transferência de calor, tensões, deformações ou vibrações. Este tipo de banco de dados pode não ser relevante para a manufatura, e portanto não haverá a necessidade de incluí-lo no processo de produção. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de Dados Centralizado: Considera-se que o banco de dados centralizado possui a melhor estrutura como um depósito de dados para o presente modelo genérico. Idealmente, pode ser projetado como um banco de dados multi-usuário unificado, tendo um mínimo de redundância dos dados, um elevado grau de segurança dos dados, e elementos de recuperação dos dados. Tais bancos de dados apresentam o problema de que, enquanto eles manuseiam, p.ex. aplicações de PCP muito bem, eles não são adequados para aplicações de CAD  o banco de dados centralizado ainda não pode ser aplicado na prática  tal banco de dados será inerentemente lento  esforço administrativo para operá-lo no modo multi-usuário será proibitivo. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de Dados Centralizado: Eis a seguir algumas de suas características: banco de dados adequa-se bem ao modelo de manufatura genérica; banco de dados assegura um elevado grau de consistência dos dados; manipulação dos dados num ambiente multi-usuário será bem lenta, se o banco de dados atender a muitas aplicações; manutenção de tal banco de dados é difícil; atualmente não existe conhecimento suficiente disponível para manusear a variedade de tipos de dados usados na manufatura; necessário um mecanismo de proteção dos dados para evitar que usuários acessem e mudem dados sem autorização. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de dados centralizado Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de Dados Interfaceado: usuário tem acesso ao seu próprio banco de dados específico (isto é, no seu domínio) e ao banco de dados centralizado. atividades de manufatura podem ser visualizadas como ilhas individuais de processamento de informações, cada uma possuindo seus próprios programas, dados, formatos de dados e estrutura organizacional. comunicação entre as várias atividades é feita através de protocolos e formatos padronizados. bancos de dados locais podem acessar um ao outro; para esse propósito, pré- ou pós-processadores podem ser usados para tornar possível a comunicação. entretanto, se houver um conjunto amplo de tipos de dados associados a uma atividade, então pode ser difícil encontrar interfaces padronizadas  p.ex. para dados geométricos, o formato IGES pode ser aplicado, porém para outros dados relacionados ao desenho, poderão não existir padrões. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de dados interfaceado Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de Dados Interfaceado: Uma das grandes vantagens desse conceito  permite o acesso a um banco de dados centralizado onde são armazenados dados comuns  p.ex. atividade de projeto pode armazenar no banco de dados centralizado os dados do produto necessários para o planejamento do processo, programação NC, e agendamento. usado normalmente em sistemas computacionais distribuídos, e ajusta-se em conceitos modernos de computação. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de Dados Interfaceado: Vantagens & Desvantagens: usuário possui o seu próprio banco de dados; banco de dados assegura uma boa consistência dos dados; banco de dados centralizado necessita de um bom mecanismo de proteção contra um uso errado e mudança dos dados; sistema ajusta-se bem ao conceito de computação distribuída; interfaceamento entre bancos de dados pode ser feito através de pré- e pós-processadores; bancos de dados podem ser projetados hierarquicamente para ajustar-se a uma estrutura hierárquica de gerenciamento e controle; acesso rápido aos dados locais; responsabilidade local pelos bancos de dados; Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

103 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Banco de Dados Interfaceado: Vantagens & Desvantagens: no caso de uma falha do sistema, o banco de dados permanece disponível para manipulação; adequado para manutenção; formatos, protocolos de comunicação e interfaces comuns devem ser fornecidas; difícil coordenar o interfaceamento com o arquivo central de dados. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Banco de Dados Distribuído: Acesso ao banco de dados mestre (centralizado) é restringido, e bancos de dados locais não podem acessar diretamente um ao outro. Tipicamente, com esse tipo de banco de dados, tarefas são distribuídas em intervalos fixos de tempo às atividades locais, onde ocorre o processamento dos dados. Em tempos predeterminados, o banco de dados centralizado é atualizado. Vantagens  similares àquelas dos bancos de dados interfaceados  proteção do banco de dados centralizado, entretanto, é melhor, uma vez que o acesso a estes dados pode ser bem controlado. Bancos de dados distribuídos são usados na engenharia, controle de processos, controle CNC, etc. Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

105 MODELO AMHERST-KARLSRUHE
Banco de dados distribuído Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira