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Fatec Garça

CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

BIANCA DE MELLO DELGADO

ORLANDO FRANCISCO DOS SANTOS

A MANUFATURA INTELIGENTE DO CONCEITO A APLICAÇÃO

GARÇA

2013

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Fatec Garça

CURSO TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL

BIANCA DE MELLO DELGADO

ORLANDO FRANCISCO DOS SANTOS

A MANUFATURA INTELIGENTE DO CONCEITO A APLICAÇÃO

Artigo Científico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores:

Data da Aprovação 24/06/2013

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Prof. Grad. Paulo Sérgio Castro FATEC Garça

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Prof. Grad. Edson Mancuzo FATEC Garça

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Prof. Grad. Yuji Yamamoto FATEC Garça

GARÇA

2013

A MANUFATURA INTELIGENTE DO CONCEITO A APLICAÇÃO

Bianca de Mello Delgado1 biancadg25@yahoo.com.br

Orlando Francisco dos Santos orlando0206@gmail.com

Prof. Grad. Paulo Sérgio Castro2 p.sergio.castro@uol.com.br

Abstract: The Intelligent Manufacturing combines data from an industry so that

relevant information is available to employees at any level of the organization. Through converged ethernet connection occurs between the industrial network and network management. The safety and reliability of data are essential to the success of the industry, why care at the time of deployment of intelligent manufacturing is paramount. Keywords: Intelligent Manufacturing. Industrial networks. Convergence of networks.

Ethernet.

Resumo: A Manufatura Inteligente articula os dados de uma indústria de forma que

as informações relevantes estejam disponíveis para os funcionários em qualquer nível da organização, em tempo real. Através da ethernet convergida ocorre a ligação entre a rede industrial e a rede administrativa. A segurança e a confiabilidade nos dados são essenciais para o sucesso das indústrias, por isso os cuidados na hora da implantação da manufatura inteligente são de suma importância. Palavras-chave: Manufatura inteligente. Redes industriais. Convergência de redes. Ethernet.

1 INTRODUÇÃO

O ser humano desde o inicio da sua existência traçou sua história com base na

busca por controle das informações, controles estes que o ajudavam a viver e

mudaram totalmente o curso da história, podemos destacar nesta linha do tempo que

a humanidade formou o controle sobre a produção do fogo por volta de 500.000 a.C.,

o controle da agricultura cerca de 10.000 a.C., o controle da escrita em 4.000 a.C., o

1 Alunos do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial. Faculdade de Tecnologia de Garça. 2 Docente da Faculdade de Tecnologia de Garça.

controle dos metais para fabricação de armas com inicio no ano 3.000 a.C., o controle

de novos territórios por volta de 300 a.C., o controle dos mares com grandes

navegações no século XV, o controle do vapor e mecanização na Revolução Industrial

no século XVIII, o controle dos computadores em 1940, até o surgimento da internet

na década de 90, ao longo de toda esta história o homem foi instigado a controlar algo

e quem atingia este controle primeiro saia na frente nas corridas pelo avanço.

Nos dias de hoje com a presente tecnologia nas indústrias muitas informações

são geradas, porém existem diversos problemas para controlar estas informações,

como a quantidade de formulários impressos a serem preenchidos, o risco de

duplicação ou perda de dados originais, passar as informações dos produtos

produzidos de forma rápida e segura entre as diversas áreas da empresa, entre

outros, para resolver estes problemas esta surgindo a manufatura inteligente, que

interliga as redes corporativas (administrativas) com as redes industriais (do chão de

fabrica), com isto todos os setores da empresa podem acessar os dados da produção

que lhe são pertinentes em tempo real e agilizar a tomada de decisões.

Para Automation Today (2011, v.12, p.16) a Manufatura Inteligente é a “...

estratégia de transformar dados, no nível do sistema de controle de automação, em

informações significativas, visíveis e úteis para pessoas em qualquer nível da

organização, a fim de auxiliá-las na tomada de decisões bem fundamentadas”.

Um evento que ocorre em uma determinada máquina da produção é

solucionado rapidamente pela operação e manutenção, porém este evento sozinho

ou agrupado com outros eventos pode gerar sérios impactos nos resultados da

corporação, e muitas vezes os setores responsáveis pelo acompanhamento do

resultado corporativo não toma conhecimento destes “pequenos” eventos para poder

justificar os resultados obtidos e apresentar soluções. Com a utilização de um sistema

de manufatura inteligente os setores interessados são alertados imediatamente e com

isso nada passa despercebido no processo produtivo, além da tomada de decisões

se tornar mais rápida, podendo minimizar as perdas causadas por estes eventos, e

com o conhecimento rápido dos eventos por todos os setores responsáveis ocorrera

uma maior integração entre as áreas da empresa a fim de chegar a uma solução para

o evento, fazendo com que este seja extinto ou possa voltar a ocorrer em intervalos

já avaliados.

Segurança também é um dos fatores que chamam a atenção com a manufatura

inteligente, pois através da interligação de toda a planta não se faz necessário que os

operadores acessem áreas perigosas para fazer inspeções e leituras de dados, além

do sistema emitir alertas automáticos em tempo real para manutenção, operação e

gestão, por exemplo, sobre um evento perigoso e que pode trazer riscos a produção,

segurança e saúde.

Um ponto comum em todos os sistemas de manufatura integrada presentes no

mercado é o uso das redes Ethernet, pois suas vantagens são imensas, tais como

fácil instalação, configuração e ser uma rede convergida com alta capacidade de

transmissão de controle, dados, voz, vídeos e mobilidade, mas além destas

características técnicas outro dado das redes Ethernet que é crucial para seu uso é

este padrão de rede ser o padrão utilizado para acessarmos a internet, assim os

sistemas de manufatura inteligente podem ser acessados remotamente, ou seja,

gestores da empresa podem acessar os dados em tempo real mesmo estando em

casa ou em uma viajem, o fator mobilidade também se destaca na Ethernet pois os

acessos pode ser feitos por Smartphones ou Tablets, conforme mostrado na figura

01. A implantação de redes Ethernet também impacta em uma redução de custos,

pois é possível achar varias soluções prontas no mercado para implantação,

ampliação e segurança na transmissão.

Figura 01 - Topologia típica de redes em um ambiente industrial.

Fonte: Novus (2012).

Os gestores reconhecem que, para atingir esses objetivos corporativos e ser competitivas em um mercado globalizado, as organizações precisam

melhorar o acesso às informações para as pessoas certas, em um formato integrado e de fácil acesso, possibilitando uma tomada de decisões rápida e inteligente, e maior agilidade para reagir às mudanças nas condições do

mercado e das operações, sem prejuízos à eficiência (Vitor, 2009, p.19).

Executivos e gestores já se renderam aos benefícios da manufatura inteligente,

pois em um cenário globalizado eles já notaram que não basta ter apenas a melhor

automação nos melhores equipamentos, é necessário resumir e partilhar as

informações a partir de uma mesma fonte de forma rápida, e poder acessá-las a partir

de qualquer ponto, e por qualquer pessoa da empresa. Pois a manufatura inteligente

apresenta os dados no formato que o solicitante necessita, deste modo a corporação

se tona transparente, fiel e coerente, tendo todos os funcionários a mesma fonte de

informação, e esta fonte permanece intacta mesmo tendo seu acesso aberto a todos,

além de padronizar a linguagem utilizada em toda a empresa com termos como

‘equipamento’, ‘células de trabalho’ e ‘unidade de fabricação’, e de avisar ao mesmo

tempo diversos setores com alertas de eventos como metas perdidas, condições de

exceção e desvio de planos.

Os benefícios atingem toda a organização desde os setores internos como

gestão, produção, logística, financeiro e manutenção, por exemplo, mas também

beneficia parceiros externos como fornecedores e centros de distribuição, além de

possibilitar o acesso a todas as informações em tempo real, a manufatura inteligente

também possui como uma das principais características o filtro das informações para

as áreas que lhe são pertinentes, pois de nada interessa ao setor financeiro saber que

a máquina de embalar de determinada linha de produção esta parada para

manutenção, o mesmo vale para a manutenção que não interessa saber o custo da

matéria prima sobre o produto final, o que antes poderia demorar horas para se

selecionar apenas a informação desejada, com um sistema de manufatura inteligente

pode ser feito rapidamente e de forma totalmente confiável.

Sucesso, esta é a palavra que se torna objetivo para as empresas que decidem

implantar um sistema de manufatura inteligente, mas antes de se atingir o sucesso

com o uso do sistema é necessário se focar o sucesso da implantação do projeto e

este vem apenas com a união dos departamentos de Engenharia e TI em um fluxo

único de trabalho, uma vez que os engenheiros se preocupam principalmente com a

velocidade e o tempo operacional dos equipamentos, o pessoal de TI se preocupa

com uma transmissão de dados segura e confiável, a união destes dois focos em um

único fluxo de trabalho se torna crucial para atingir o sucesso.

Para implantação de um sistema de manufatura inteligente é necessário um

investimento na estrutura da rede de dados e em alguns casos modernização de

máquinas e equipamentos para que estes possam disponibilizar na rede os dados e

status dos equipamentos necessários, a quantificação do retorno financeiro deste

investimento é de difícil contagem, uma vez que não há como estipular valor monetário

para uma informação, mas estudos da Apollo Alliance que é uma associação de

negócios e mão de obra apontam que o retorno pode ser em torno de 240% sobre o

investimento, levando-se em consideração que além da informação estes sistemas de

manufatura inteligente também geram economia de energia, material e mão de obra.

Mesmo sendo de difícil contabilização o retorno deste investimento na indústria

pode ser justificado analisando minuciosamente os benefícios que ajudam empresa a

resolver os problemas antes que afetem os resultados, por exemplo, os operadores

pode estudar no próprio equipamento a eficiência do mesmo e as condições do rejeito,

a engenharia e manutenção podem monitorar a disponibilidade dos equipamentos,

eficiência da operação e analisar as causas raiz, já para a qualidade é possível

monitorar os índices de qualidade ao longo da produção e verificar fatores externos

que melhoram ou pioram os resultados, para a gestão de produção é possível

visualizar todo o processo de forma simples, ou dados específicos podendo assim

extrair dados como a eficiência energética, já os executivos da empresa podem avaliar

continuamente o processo em tempo real monitorando os indicadores KPIs

(Indicadores Chaves de Desempenho) graças a uma rica base de dados de simples

visualização, podendo correlacionar estes dados com ferramentas administrativas.

Com estes dados em mãos é possível entender o que acontece em torno de um

evento de qualidade ou manutenção e assim relacioná-lo com o resultado financeiro.

De acordo com a Associação Nacional de Fabricantes (NAM, www.nam.org) a

manufatura inteligente também possui uma justificativa de existência na escassez

gradativa de mão de obra qualificada que vem sendo notada no mercado de trabalho

nas últimas décadas, a manufatura inteligente vem como uma solução, pois com a

convergência das redes economiza-se mão de obra que era utilizada, por exemplo,

para agrupar, digitalizar, e selecionar dados presentes em formulários.

A manufatura inteligente se mostra estar em um cenário promissor e com

grande apoio político-social, segundo a Automation Today (2009, v.11, p.12) “a União

Europeia aprovou um pacote de 1,2 bilhão de euros para um novo programa de

pesquisa “Fábricas do Futuro” [...] para reindustrializar sua base de produção com

produção inteligente, segura e sustentável”.

2 DESENVOLVIMENTO 2.1 Projeto

Diante dos benefícios da Manufatura Inteligente e a compreensão da

necessidade de instalação para diferenciar-se da concorrência no mercado atual, é

necessário entender o que priorizar no projeto de implantação e como utilizar estes

dados depois.

As empresas estão descobrindo que a coleta dos dados foi deixada

esquecida e isolada nas mãos dos controladores, IHMs e outros sistemas de controle de fábrica, que podem fornecer informação vital sobre a eficácia total do equipamento, disponibilidade do sistema, uso de energia e outros

importantes indicadores de desempenho. Para aproveitar esses dados, as empresas devem superar barreiras para coletar, correlacionar, visualizar e

compartilhar a informação de toda a fábrica com a operação em geral. (Nesi, 2011, p.20)

A necessidade de coletar as informações, que por anos foram esquecidas em

controladores, IHMs e softwares supervisórios, faz com que seja necessário executar

um projeto de interligação de todos os componentes importantes do chão de fábrica,

reunindo todos estes dados em uma só base de dados, assim a informação será

sempre a mesma para qualquer setor da corporação seja ele a manutenção ou a

logística, a fonte será a mesma, assim também é possível garantir que os dados não

sejam alterados para mascarar resultados e esconder não conformidades do

processo.

Após o agrupamento de todas as informações em um só lugar é necessário que

os dados sejam ordenados e correlacionados, por exemplo, em um dia de queda de

produção e alta perda de processo é necessário relacionar esta informação ao seu

motivo como uma não conformidade de matéria prima, por exemplo, em um sistema

de manufatura inteligente todas as respostas estarão disponíveis, e para encontra-las

é necessário dispor estes dados de forma a facilitar a visualização isto pode ser feito

através de gráficos e tabelas.

No projeto de implantação deve ser utilizado o máximo de recursos e

componentes já disponíveis no chão de fábrica para reduzir os custos, mas é

necessário sempre se atentar para as tendências de mercado, pois implantar um

sistema atual e manter um controlador que já não possui assistência é perigoso para

a disponibilidade do sistema e dos equipamentos, por este motivo o upgrade muitas

vezes se faz necessário e pode ser facilmente negociado com os fornecedores, além

deste cuidado é importante também implantar um sistema onde seja possível a

expansão já que a objetivo é sempre o crescimento.

Com base no que se deseja é importante se pensar nas etapas de instalação

do projeto, alguns pontos podem ser cruciais entre o sucesso da implantação e uma

implantação que não atenda todas as necessidades, assim como todos os projetos de

automação.

2.1.1 A arquitetura

Colocar no papel como se deseja montar a parte física da implantação é o único

caminho para que tudo seja feito corretamente, além disso, será possível visualizar os

componentes necessários e como montar tudo, existem diversas ferramentas capazes

de fazer estas analises, através dos fornecedores também é possível conseguir estas

informações e até mesmo que ele te forneça toda esta “papelada”. Depois que tudo

estiver no papel deve ser analisado a capacidade e o desempenho de todos os

componentes para evitar surpresas futuras, lembrando sempre de possibilitar

expansões futuras. A opção por redes abertas como a Ethernet/IP é valiosa, pois

facilita e flexibiliza a implantação. Abaixo figura 02 demonstra uma ferramenta capaz

de demonstrar os componentes necessários para a implantação da parte física.

Figura 02 - Tela da ferramenta de previsão de desempenho para Ethernet/IP

Fonte: Rockwell Automation (2009)

2.1.2 Lista de materiais

Depois que todos os componentes já estiverem selecionados eles devem ser

listados para que se possa verificar a compatibilidade entre os diversos fornecedores,

diversos deles também dispõe de todo este levantamento para a corporação. O ponto

primordial da lista de componentes são os detalhes, pois são neles que o projeto

esbarra e atrasa no momento da implantação. É possível encontrar disponível na

internet ou com fornecedores softwares capazes de disponibilizar a lista de

componentes e suas configurações facilitando assim a implantação.

2.1.3 Implantação

Depois de acertados os detalhes e adquiridos os componentes inicia a

implantação, que na verdade é o “mãos a massa” do projeto, nesta etapa pode ser

utilizada mão de obra terceirizada ou da própria corporação, em caso de mãos de obra

própria é importante ter em mão manuais e vídeos sobre os softwares e componentes,

já se a mão de obra for terceirizada o acompanhamento de perto por uma equipe da

corporação é muito importante para se familiarizar com a tecnologia instalada.

2.1.4 Concluindo o projeto

Após todas as instalações e configurações, e já com tudo testado e funcionando

deve ser oferecidos treinamentos para todas as pessoas que terão acesso as

informações ou a pessoas chaves que terão de funcionar como multiplicadores

posteriormente, estes treinamentos tem como funcionalidade demonstrar o sistema

de Manufatura Inteligente e passar para cada equipe o que elas podem extrair de

melhor das informações evitando assim dúvidas e problemas posteriores.

2.1.5 Acelerar o processo

Depois de cumpridas as etapas anteriores, basta tirar proveito de todas as

informações disponíveis e acelerar o processo produtivo diminuindo perdas, paradas

não planejadas, e aumentando a produção.

2.2 Ethernet Industrial

No final de 1970 pesquisadores da empresa XEROX criaram e testaram a

primeira rede Ethernet, o conceito inicial da rede Ethernet é a comunicação

compartilhada por um único cabo para todos os dispositivos conectados a rede. Uma

vez conectado a rede Ethernet o dispositivo pode se comunicar com qualquer outro

dispositivo já conectado, o que permite a expansão da rede sem que seja preciso

modificar os dispositivos antigos. A Ethernet é a tecnologia de rede local (LAN) mais

utilizada no mundo em aplicações de rede de comunicação comercial.

No inicio a rede Ethernet estava nas residências e nos escritórios e com o

passar do tempo foi evoluindo, o que possibilitou sua aplicação em vários

seguimentos.

A ethernet começou a ser utilizada no meio industrial a partir da necessidade

de interligar diversos novos componentes inteligentes (sensores, controladores)

através de uma rede industrial que tornasse acessível todos os sinais do processo e

interligasse todos os dispositivos em um mesmo meio físico.

Conforme a norma 802.3 do IEEE (Institute of Eletrical and Electronics

Engineers, em português Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos), a

Ethernet utiliza a camada física (camada 1) e a de enlace (camada 2) do modelo OSI

(Open System Interconnection – modelo teórico base para criação de diversos outros

protocolos de comunicação). A camada de Rede (camada 3) implementa o Protocolo

de Internet (IP) para gerenciar o roteamento de pacotes de dados através das

diferentes redes. A camada de transporte (camada 4) utiliza o TCP (Transmission

Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol) para garantir a transmissão de

dados livre de erros. Abaixo figura 03 compara as camadas do modelo OSI com as

camadas do TCP/IP.

Figura 03 - Comparação entre as camadas da Ethernet Industrial e do modelo OSI.

Fonte: Anselmo Júlio Rocha (2009).

O padrão TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) é o mais

difundido para comunicação a longa distância envolvendo computadores, e há alguns

anos foi adotado como padrão no meio industrial, e assim surgiram as redes Ethernet

industriais.

Atualmente existem quatorze redes Ethernet industriais comercializadas no

mundo todo, sendo as principais a Profinet, a HSE (High Speed Ethernet) e a Ethernet

IP, que por ser gerenciado por uma Organização Não Governamental, e ser o

protocolo utilizado nas redes corporativas é o mais adotado nas redes industriais.

O determinismo é uma das características mais importantes das redes

industriais, ele permite a previsão exata da velocidade de transmissão de dados e

garante que a chegada desses aconteça no instante previsto. Porém a Ethernet

baseia-se no método de acesso CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with

Collision Detection), que é não determinístico, pois não garante que em caso de

colisão de dados os mesmos sejam retransmitidos. Para amenizar esse problema

utiliza-se switches, equipamentos que divide a rede em domínios de colisão e

retransmite os dados apenas para a porta onde esta o receptor do dado transmitido,

que assegura a chegada dos dados transmitidos. Mas somente os switches não

solucionam os problemas, pois ainda pode haver colisões, para solucionar esse

problema utiliza-se o sistema full duplex, em que há um canal de transmissão e um

canal de recepção. Com isso a Ethernet Industrial é muito utilizada no gerenciamento

de processos de fábrica.

2.2.1 Ethernet/IP

A Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) é um padrão de rede industrial

aberto que suporta mensagem em tempo real e troca de mensagens e foi

desenvolvida pela CI (Control Net International), a IEA (Industrial Ethernet

Association) e a ODVA (Open Device Net vendor Association), com a função de ser

um protocolo comum de camadas de aplicação para sistemas de controle baseados

na tecnologia Ethernet.

A Ethernet tem sido o padrão de fato para sistemas empresariais há muitos

anos, e a adoção da Ethernet/IP pela indústria, para fins de controle e

informações, atuou como elemento habilitador da convergência entre as

redes fabris e administrativas das empresas (Automation Today, 2009, v.11,

p.14).

A Ethernet/IP cria a oportunidade de reduzir riscos e custos, ter acesso seguro

a informações e melhorar a agilidade e o desempenho geral dos negócios.

2.2.2 CIP (Protocolo Industrial Comum)

Para que todas as necessidades de produção fossem atendidas os fabricantes

foram forçados a usar varias redes especializadas, que na maioria das vezes

incompatíveis entre si, tornando o fornecimento de dados em tempo real entre as

diversas redes impossível de ser administrado pelos engenheiros. Camadas de

aplicativos comuns são importantes para solucionar esses problemas de

interoperabilidade, o protocolo de aplicação CIP proporciona comunicação contínua

entre o chão de fabrica e os níveis administrativos da indústria, permitindo a integração

entre o controle, a configuração e a coleta de dados em diversas redes, em que as

informações necessárias são obtidas em tempo real.

Com o CIP é possível que uma indústria especifique a melhor rede para suas

aplicações e não gaste muito ao conectar redes não similares. Além de possibilitar a

integração com tecnologias internet padrão.

2.3 Segurança

A decisão de implantar um sistema de manufatura inteligente utilizando a

convergência das redes industriais requer algumas analises adicionais além do

custo/beneficio, uma destas analises é a segurança dos dados que irão trafegar pelas

redes.

O US-CERT (sigla em inglês para Equipe de Resposta a Emergências de

Computadores), órgão do governo norte-americano ligado ao Departamento de Segurança Nacional, alertou para a existência de ataques contra sistemas

de controles industriais e de infraestrutura (SCADA, na sigla em inglês). Segundo informações do órgão, há muitos sistemas desse tipo presentes na

internet em condições que os tornam vulneráveis, sem o uso de firewalls ou senhas seguras. (ROHR, 2010).

O crescente número de redes industriais e sistemas SCADA conectados a

internet faz com que junto apareçam falhas na segurança, diversos órgãos e

empresas de segurança no mundo estão notando estas falhas e alertando as

empresas e desenvolvedores para correções, o primeiro worm descoberto foi o

Stuxnet encontrado nos computadores industriais da usina de enriquecimento de

urânio em Natanz, no Irã em Junho de 2010, segundo especialistas o mesmo tinha

como função danificar as centrífugas da usina e a contaminação ocorreu através da

conexão de dispositivos físicos como pen drive ou CD-ROM a computadores da usina,

uma vez que nenhuma máquina esta conectada a internet.

Antes do advento do Stuxnet, a grande maioria dos ataques cibernéticos eram focados em fazer algum tipo de dano a sistemas financeiros,

computadores pessoais e também a roubar informações pessoais de seus usuários [...] É fácil imaginar o que um ataque bem coordenado poderia fazer

com outros equipamentos desta planta, até o limite de um vazamento nuclear ou atingimento de temperatura crítica em um reator nuclear sem que alarmes fossem disparados, válvulas fossem acionadas e que os técnicos pudessem

agir. (SILVA, 2011).

Conectar os equipamentos e controladores do chão de fábrica a rede

corporativa cria uma nova situação na corporação, pois as ameaças que se costuma

prevenir nos computadores comuns, agora chegaram até os controladores e

computadores industriais, além dos danos que podem ser causados, existe o risco de

perda de informações preciosas e para que isto não ocorra são necessários alguns

cuidados.

Nenhuma tecnologia isoladamente pode proteger por completo a automação industrial e os sistemas de controle. Proteger esses ativos requer uma abordagem de segurança do tipo “Segurança Reforçada”, que considera

ameaças de segurança internas e externas. Essa abordagem utiliza diversas camadas de defesa (físicas e eletrônicas) em níveis distintos da manufatura,

como em células de trabalho e operações de produção, aplicando políticas e procedimentos que tratam de diversos tipos de ameaças. (Automation Today,

2011, v.13, p.17).

A identificação das ameaças que podem ser originadas tanto de fontes internas

quanto de fontes externas com a localização dos níveis da manufatura em que elas

ocorrem permite uma melhor capacidade de diagnóstico e defesa contra as ameaças,

pois possibilita um foco maior do método utilizado apenas nos locais onde a ameaça

a qual ele defende pode ocorrer, pois de nada adianta aplicar softwares de proteção

para computadores nos controladores, sua eficácia será nula. Aproveitar fatores como

combinação e diversificação dos dispositivos físicos e eletrônicos são também

importantes armas contra as ameaças, uma vez que quanto maior a diversidade de

dispositivos de segurança menor será a chance das ameaças conseguir vence-los.

Abaixo figura 04 demostra as camadas das redes de Manufatura Inteligente.

Figura 04 - As camadas das redes de Manufatura Inteligente

Fonte: Rockwell Automation (2009, v.11, p.17)

Desenvolver políticas de acesso físico e digital também tem se demonstrado

eficaz, uma vez que edições acidentais de dados são comuns quando o colaborador

acessa dados os quais não são da sua responsabilidade, estas políticas podem

começar estabelecendo as necessidades e capacidades para cada nível de acesso

tanto para leitura dos dados quanto para escrita dos dados, softwares de

gerenciamento com níveis de credenciais são de grande valia para estas restrições.

Para o controle de acesso físico é importante uma infraestrutura robusta e segura

onde os equipamentos estejam seguros em muitos casos as corporações optam por

instalar seus servidores em salas com toda infraestrutura necessária tal como controle

de temperatura para se evitar o superaquecimento dos equipamentos, liberação do

acesso por biometria, para bloquear pessoas não autorizadas, e salas com sistemas

anti-incêndio, para garantir a integridade dos equipamentos mesmo em condições

extremas.

Deve-se atentar que os sistemas de segurança corporativo e de manufatura

são basicamente iguais, mas se diferem no fato dos sistemas de segurança de

manufatura ter de atuar sem paralisar o equipamento, por exemplo, na seção

administrativa os funcionários atualizam os softwares e antivírus dos computadores

assim que uma atualização esta disponível porém nos servidores de manufatura esta

atividade deve ser tratada como uma tarefa programada, para que não exista o risco

dela paralisar o processo produtivo.

Para o perfeito funcionamento destes sistemas de segurança deve-se fazer a

divisão de responsabilidade da manufatura inteligente assim como em todos os outros

processos, sendo assim o pessoal de TI fica responsável por atuar no nível

corporativo, a fim de garantir o sigilo, integridade e disponibilidade dos dados, já as

tarefas para o chão de fábrica fica a cargo da Engenharia.

Alguns cuidados importantes com os computadores muitas vezes passam

despercebidos, porém é necessário se atentar aos detalhes, pois são eles que

causam danos ou paralizações, alguns pontos importantes são:

Implemente e mantenha ativos softwares antivírus e antispyware, eles são de

grande valia para proteção dos sistemas;

Desative as atualizações automáticas de todos os softwares, esta podem

causar paradas indesejadas, assim como as varreduras e buscas automáticas

de antivírus e antispyware, além dos riscos de perda de dados, uma vez que

tais softwares muitas vezes erroneamente alertam arquivos de computadores

industriais e relatórios como softwares mal intencionados;

Proíba o acesso direto à internet, implementar uma Zona Desmilitarizada

(DMZ) permite a troca de informações entre a chamada Zona Corporativa e de

Manufatura, mas não de forma direta o que faz com que os dados sejam

“inspecionados” tanto na entrada da DMZ quanto na saída, garantindo a

integridade total da informação;

Implante uma politica de senhas com os seguintes cuidados:

­ Histórico das senhas utilizadas anteriormente, evitar a repetição de

senhas recentes é muito seguro;

­ Torne obrigatório o uso de senhas complexas, pois assim é mais difícil

descobri-las caso se deseje, a obrigatoriedade de caracteres

maiúsculos, minúsculos, símbolos e números na mesma senha é um

bom caminho;

­ Crie períodos para as senhas expirarem, forçar a troca das mesmas de

tempos em tempos aumenta a complexidade para invasões;

­ Estipule o tamanho mínimo da senha, senhas curtas são mais fáceis de

descobrir.

Tenha sistemas de recuperação automático em caso de desastres, e teste-os

de tempos em tempos, testar apenas em caso de necessidade pode trazer

surpresas desagradáveis e que seriam de fácil correção.

Desative contas de visitantes nos computadores e remova a descrição da conta

de administrador, mas mantenha-a ativa, o administrador deve possuir acesso

a todos os computadores, mas visitantes não devem acessar computadores

sozinhos;

Utilize a função Ctrl+Alt+Del pra acesso a tela de login, pois assim impede a

tentativa de login automático;

Bloqueie portas USB, paralela e serial que não estejam em uso, assim não será

possível à conexão de modens, impressoras ou outros dispositivos sem

autorização;

Desative componentes do Windows que não são utilizados na zona de

manufatura, assim garante-se uma maior restrição de acesso aos dados.

Os controladores também necessitam de atenção especial aos detalhes dentre

eles:

Faça a proteção por meio físico, ou seja, acompanhamento e rastreamento dos

visitantes e bloqueio do acesso a painéis e salas de controle impedem acessos

desautorizados, outro procedimento físico é manter a chave de seleção dos

controladores na posição “RUN”, pois assim fica impedido o acesso e edição

remota assim como a instalação de firmwares;

Proteção por meio de projeto eletrônico pode ser útil, pois torna possível o

bloqueio da conexão direta a porta de configuração dos controladores, sendo

possível a alteração de configuração apenas por meios alternativos;

Tornar obrigatório a autenticação, autorização e a auditoria; a autenticação

verifica se a solicitação de acesso não esta sendo feita por um falso usuário, a

autorização verifica se este usuário esta autorizado a acessar o controlador, e

por último a auditoria permite inspecionar todos que acessaram o controlador

nos últimos tempos.

Para Automation Today (2011, v.13, p.18) “Proteger os computadores e

controladores da manufatura de sua empresa contra ameaças em potencial é um fator

importante em uma solução de rede otimizada”. Não nos resta dúvidas de que para

um perfeito funcionamento de uma manufatura inteligente devemos garantir fielmente

a segurança para sigilo, integridade e disponibilidade, pois com todos estes pontos

em ordem toda a manufatura trabalha tranquilamente e os dados estarão sempre

seguros e a disposição.

2.4 Protótipo

Para exemplificar as camadas e redes que podem ser utilizadas na esfera

industrial faz-se uso de um protótipo com diversos níveis de redes e supervisão com

o intuito de se observar de forma simplificada a real integração que se pode obter na

indústria.

O protótipo tem como base duas células de trabalho, a célula denominada

“Célula 1” é composta por duas esteiras separadoras de blocos por altura, conforme

a figura 05, e a célula denominada “Célula 2” é composta um circuito pneumático que

simula uma prensa de gravação do numero de série nas peças.

Figura 05 - Representação gráfica da Célula 1.

Fonte: Os autores.

Para o funcionamento das esteiras as peças de metal devem ser colocadas na

esteira 1, ao ser detectada pelo primeiro sensor indutivo digital habilita a leitura de um

sensor indutivo analógico, a peça irá gerar um nível de tensão de 0V a 10V na saída

do sensor indutivo analógico, este valor será enviado ao CLP para que ele possa

identificar se esta peça será classificada como baixa (peça defeituosa) ou alta (peça

perfeita), o valor nominal das peças pode ser alterado pelo software supervisório, a

peça ao passar para à esteira 2 e ser detectada pelo segundo sensor indutivo digital

desliga a esteira 1 e liga a esteira 2, as peças classificadas como alta (peça perfeita)

são enviadas para a direita e as peças classificadas como baixas são enviadas para

a esquerda de acordo com a classificação feita através do sensor indutivo analógico,

a esteira 2 permanece em funcionamento por aproximadamente 5 segundos. Após

este tempo ela se desliga, e liga novamente a esteira 1 recomeçando o ciclo.

Já a outra célula trabalho é composta por dois atuadores pneumáticos

acionados por válvulas 5/2 vias e cada atuador possui dois sensores magnéticos

presos ao corpo para monitorar se o atuador esta avançado ou recuado, ao pressionar

os botões bi manuais o cilindro 1 avança travando a peça na mesa de trabalho, depois

de travada a peça o cilindro 2 atua para gravar a peça e recua em seguida, quando o

cilindro 2 chega a posição de recuado o cilindro 1 recua liberando a peça para que o

operador a retire.

A Célula 1 é controlada diretamente pelo CLP Siemens S7 314C-2DP, onde

esta o programa, este CLP possui comunicação de nível campo no padrão As-i com

um bloco de I/O remoto onde estão conectados os componentes da Célula 2, porém

o programa de trabalho da Célula 2 esta armazenado no CLP Festo CPX-FEC que

esta se comunicando em rede PROFIBUS DP com o CLP Siemens, e por fim o CLP

Festo CPX-FEC se comunica em Ethernet com um computador por onde é monitorado

todo o processo em um software supervisório, o ScadaBR. Abaixo figura 06 apresenta

o esquema das redes de comunicação utilizada no protótipo.

Figura 06 - Esquema de redes de comunicação do protótipo.

Fonte: Os autores.

Através do supervisório é possível monitorar os processos, alterar o processo,

colher dados estatísticos, gerar relatórios, monitorar alarmes entre outras funções

disponíveis e é através dele que se observa a viabilidade das ferramentas de

Manufatura Inteligente.

Como resultado da Manufatura Inteligente demonstrada no protótipo temos as

informações dos equipamentos em funcionamento em tempo real, histórico com

atualização simultânea dos dados de produção, tais como produção e perda do

processo, históricos e dados em tempo real de manutenção tais como alarmes e

equipamentos em manutenção, além dos dados para o setor de vendas como, por

exemplo, a taxa de entrega dos produtos.

3 CONCLUSÃO

Atualmente a informação é essencial para a sobrevivência das empresas e ao mesmo

tempo o é o seu maior desafio. Conseguir que as informações necessárias estejam

acessíveis quando for preciso, e de forma segura, porém é um problema a ser sanado.

Ao longo da pesquisa ficou evidente a eficácia da Manufatura Inteligente. Ao interligar

o chão de fábrica com a área administrativa da corporação através da rede Ethernet

a Manufatura Inteligente faz com que os dados trafeguem de maneira rápida e segura,

estando sempre à disposição de quem precisar, agilizando assim toda e qualquer

tomada de decisões além de fornecer a estas mesmas tomadas de decisões uma

base solida e atual de informações.

Com o desenvolvimento do protótipo pode-se notar a eficiência da Manufatura

Inteligente, pois ela possibilita a interligação de equipamentos e máquinas de diversas

marcas, e diversos protocolos de redes industriais e administrativas, sendo assim

expansível e de possível comunicação com as mais diversas tecnologias presentes

no mercado.

Através de um software supervisório é possível gerar relatórios e ter o controle remoto

das linhas de produção, tudo em tempo real.

Conclui-se que a confiabilidade das informações e a agilidade com que elas são

oferecidas fazem da Manufatura Inteligente uma ferramenta extraordinária para as

empresas que almejem se destacar nos dias de hoje onde o fator crucial para se

sobressair no mercado corporativo é ter as informações sempre à disposição.

REFERENCIAS

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