Sistemas ciber-físicos: o futuro da Manutenção Industrial?

M

Sistemas ciber-físicos: o futuro da Manutenção Industrial?

130 131

Na sociedade atual e em todos os sistemas de negócio as mudanças são constantes, existe por isso uma necessidade extrema de

Industrial, no fundo ligar dois Mundos o Real e o Virtual.

efeitos nocivos na atividade da empresa. Parte deste esforço passa pela ma

Ê crítica em vårias operaçþes na linha de produção pois estende a vida do

62

Luís Pires lpires@inete.net INETE – Instituto de Educação TÊcnica

nota tĂŠcnica

equipamento, aumenta a disponibiliQuanto maior for a capacidade de ab-

função requerida. Ao encontrar uma

dade do equipamento e mantĂŞm-no

sorção de conhecimento, maiores os

#

nas suas condiçþes båsicas de funcio-

nĂ­veis de competitividade resultando

se que ĂŠ uma atividade complexa e

namento. Contrariamente, uma pobre

numa forte presença no mercado e

que envolve diversos aspetos, pois ao

manutenção pode aumentar o risco de

futura permanĂŞncia no mesmo por

tentar-se garantir a disponibilidade e a

falha, må utilização do equipamento e

parte da empresa. A preocupação na

"

atrasos nos planos de produção.

reformulação dos mÊtodos de traba-

as funçþes do sistema sejam mantidas

Este artigo visa abordar uma pers-

lho e respetiva evolução tecnológica

num desempenho mĂ­nimo esperado, a

petiva mais integrante, com a inclusĂŁo

tĂŞm tido um grande impacto no am-

manutenção acaba por desempenhar

dos sistemas ciber-fĂ­sicos, tornando o

biente interno das empresas. As novas

um papel estratĂŠgico fundamental na

controlo de processos e a supervisĂŁo

dinâmicas tendem para uma crescente

melhoria dos resultados operacionais

totalmente integrada.

mecanização e automação das ope-

-

A manutenção Industrial Ê o con-

pervisĂŁo de processos, uso de URERWV,

junto de tÊcnicas e açþes que permi-

veĂ­culos e armazĂŠns automatizados,

tem repor o funcionamento base dos

O termo ciber-física ou computação

tĂŠcnicas -XVW ,Q 7LPH (JIT), entre ou-

equipamentos e instalaçþes de uma

fĂ­sica surgiu em 2006 nos EUA [1]. Os

tras. A exigĂŞncia dos mercados ĂŠ indu-

empresa.

termos ciber-espaço e ciber-física de-

zida cada vez mais pelas necessidades

A ocorrĂŞncia de avarias nos equi-

vem ser vistos como decorrentes da

dos consumidores. A satisfação do

pamentos constitui um problema

mesma origem – a palavra cibernÊtica.

!

-

demasiado grave na indĂşstria para

Esta palavra provĂŠm da palavra gre-

dade do produto, pelos curtos prazos

se poder desprezar a manutenção.

ga N\EHUQHWV

de entrega, por altos nĂ­veis de servi-

NĂŁo ĂŠ difĂ­cil encontrar empresas on-

governador, assim as duas anteriores

ços de apoio e por preços reduzidos.

de a imobilização do equipamento Ê

devem ser vistas como provenientes

Simultaneamente, os tempos de vida

superior a 50% sendo a Manutenção

uma da outra e nĂŁo ao contrĂĄrio. O

dos produtos tĂŞm vindo a diminuir pa-

a forma para solucionar os proble-

termo cibernĂŠtica foi criado durante

ra sustentar o ritmo frenĂŠtico de con-

mas de origem: tĂŠcnica, econĂłmica,

a 2.ÂŞ Guerra Mundial pelo matemĂĄtico

sumo e produção industrial.

de segurança e social. É facilmente

Norbert Wiener [2].

Os sistemas ciber-fĂ­sicos (&\EHU

percetĂ­vel que as razĂľes para falhas

Os sistemas ciber-fĂ­sicos devem

3K\VLFDO 6\VWHPV CPS) sĂŁo na realida-

tĂŠcnicas estĂŁo relacionadas com o

de a interface entre os sistemas fĂ­sicos

envelhecimento da mĂĄquina e compo-

ao tempo crĂ­tico, isto porque estĂŁo

e os sistemas virtuais, sendo este um

nentes, sobrecargas, desrespeito das

diretamente ligados a um ambiente

" -

condiçþes båsicas de funcionamento,

físico. Por exemplo, a ativação de um

nutenção industrial – Manutenção

"

$

"

alerta e a tomada de decisĂľes resul-

2020.

componentes substitutos, entre ou-

tantes desse alerta devem ser ime-

tros. Novas exigĂŞncias por parte dos

diatas e objetivas. Imagine-se uma

mercados, instituiçþes, organizaçþes

rede de sensores aplicada a um dado

1. INTRODUĂ‡ĂƒO

e crescente concorrĂŞncia, obrigam a

modelo de automĂłvel, onde a fun-

A manutenção segundo a Norma

exploração de razþes económicas –

ção Ê detetar padrþes de movimento

Portuguesa sobre a Terminologia da

maior rendimento, tempo de vida Ăştil

que possam otimizar e tornar mais

Manutenção EN 13306:2010 (ed.2) Ê

dos equipamentos, redução dos des-

seguro o funcionamento do veĂ­culo.

a combinação de todas as açþes tÊc-

perdĂ­cios, consumo de energia; razĂľes

Na robĂłtica mĂłvel, dependendo das

nicas, administrativas e de gestĂŁo,

de segurança – regulamentos para

exigĂŞncias, ĂŠ objetivo tambĂŠm inter-

durante um ciclo de vida de um bem,

evitarem situaçþes de risco, poluição e

pretar padrĂľes no sentido de “FULDU

destinadas a mantĂŞ-lo ou repĂ´-lo num

qualidade; razþes sociais – pressþes de

LQWHOLJÅQFLD�, com recurso a redes neu-

estado em que possa desempenhar a

grupos ambientalistas na redução dos

ronais (sistema virtual) aplicadas ao

estĂĄ a funcionar. Normalmente, essa abordagem nĂŁo resulta uma vez que certas

sistema perfeitamente projetado pode falhar se as suposiçþes sobre a carga de trabalho e possíveis erros não forem tidos em conta desde o início do projeto.

Por exemplo, um sistema pode falhar se operar fora do intervalo de temperatura

Os sistemas ciber-fĂ­sicos tambĂŠm sĂŁo sistemas hĂ­bridos, no sentido de incluĂ­rem na sua arquitetura componentes analĂłgicos e digitais. Os componentes analĂłgicos usam valores de sinais contĂ­nuos em tempo contĂ­nuo, enquanto que componentes digitais usam valores de sinal discreto no tempo discreto.

O sistema deve conter o conhecimento de todos os estados possíveis de comportamento do meio físico pelo tempo, ao detetar uma transição de estado hå

(

!

!

! ! )* #

! +& ,

+ !

- . !

! !

&

!

/ -(

um registo e a ocorrência de um evento, dependendo da aplicação em si. Deste modo, o projeto de um sistema ciber-físico deve ser mantido de acordo com [3]-[11]:

– enfoque na junção do modelo dinâmico do meio físico com elementos de computação;

– enfoque na construção de elementos de computação integrados com os diversos recursos de processos concorrentes e tempo real;

e sucesso e

4. REFERĂŠNCIAS [1] Lee, E.A. e Seshia, S.A.,

!! , 2011; [2] Wiener, N.,

, MIT Press 1 Edition, 1948; [3] Marwedel, P., " # $

Da mesma forma, a modelação Ê o processo de se obter um entendimento mais

nota tĂŠcnica

! " # $ %

! &

#

-

%

, 2nd Ed., Springer, 2011; =>? @ # B # , Dailan University Press, 2009;

! & #

[5] Chun, I., Kim, J., Kim, W.T., Lee, E.,

do sistema como um todo. A Figura 2 apresenta o diagrama que carateriza um

# & !

sistema ciber-fĂ­sico.

! , Control and Automation,

64

and Energy System Engineering, vol. 256, p.

191-194, 2011; [6] Frazzon, E.M., Hartmann, J., Makuschewitz, T., Scholz-Reiter, B., Towards !

!

.

Proc. CIRP, vol. 7, p. 49-54, 2013; [7] Parvin, S., Hussain, F.K., Hussain, O.K., Thein, T., Park, J.S.,

&

!

, Computing, vol. 95, no. 10-11, p 927-948, 2012; [8] Barolli, L., Takizawa, M., Hussain, F., !

# #

!

, Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing, vol. 2, no. 4, p.

249-250, 2011; [9] HorvĂĄth, I., Gerritsen, B., Figura 2. Funcionamento de um sistema ciber-fĂ­sico.

$ !

# !

! ! , 9th Tools and Methods of

A Figura 2 apresenta um exemplo de um sistema estruturado pela interação entre

Competitive Engineering, Karlsruhe, 2012;

$

' $ ( ) -

[10] Wu, F.J., Kao, Y.F., Tseng, Y.C., %

tado por um agente inteligente de contido numa

eletrĂłnica que

!

monitoriza em tempo real as variĂĄveis ambientais da camada fĂ­sica (exemplo um

, Pervasive and Mobile Computing, vol.

+

/ ' !$ -

7, no. 4, p. 397-413, 2011;

tre as camadas, atravÊs de sensores e atuadores virtuais (ativação de eventos por

=\\? ^ # _ # @ # ` # { # | # |( # { # Review

mensagens) ou físicos (ativação de dispositivos inseridos no processo). No caso de

, IEEE

# 4

15th International Symposium on Object/

físico tem em conta dispositivos eletrónicos com elementos de computação inte-

Component/ Service-Oriented Real-Time

5

/ 6 #

Distributed Computing Workshops, p. 25-

integrada aos agentes fĂ­sicos da natureza.

30, 2012.

M