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Capítulo 9: Modelos e Conceitos de CIM. INTRODUÇÃO. Sistemas de manufatura na última década do século 20 e nas primeiras décadas do século 21 protótipos dos conceitos de CIM do futuro.
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Capítulo 9:Modelos e Conceitos de CIM Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
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
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
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
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 ummodelo 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST A arquitetura de CIM do NIST Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
CONCEITO DE CIM DA SIEMENS Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
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
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
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
CONCEITO DE CIM DA DEC Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
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
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
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
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
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
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
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA Ambientes de empresas no CIM-OSA Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA O ambiente CIM-OSA Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
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
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
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA O conceito de entidades funcionais e seus menus de comunicação Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira
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
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
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
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
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
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
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
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
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