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Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

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Capítulo 9:Modelos e

Conceitos de CIM


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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 fábricas programáveis para famílias específicas de produtos.

Um dos maiores desafios destas fábricas concepção e projeto de um modelo genérico de modelo genérico de manufaturamanufatura; existência de ferramentas ferramentas padronizadas de hardware e software padronizadas de hardware e software a partir dos quais uma fábrica funcional pode ser configurada.


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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 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.


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MODELOS EXISTENTES DE CIM CIM começa com a concepção de um novo concepção de um novo

produtoproduto (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.


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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.


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MODELOS EXISTENTES DE CIM Conceitos de modelos genéricos de manufatura

evoluíram a partir de esforços de várias indústriasindústrias e grupos de pesquisagrupos de pesquisa para construir modelos para as suas aplicações particulares.

Muitos componentes nestes modelos possuem funções similares um modelo genérico universalmodelo genérico universal seria factível.

Entretanto é muito difícil construir um modelo genérico que possa ser usado por uma fábrica de eletrodomésticoseletrodomésticos, ou uma fábrica de aviõesaviões, ou uma fábrica de roupasroupas, etc., e isto pode resultar num elevado grau de abstraçãoelevado 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.


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MODELOS EXISTENTES DE CIM Atividades num modelo de CIM são iniciadas

por uma encomendaencomenda 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 todas as funções que são necessárias para atingir o objetivo de uma empresa.

Em algumas aplicações o ambiente do fornecedor fornecedor também deve ser incluído.

Modelo detalhado pode incluir o mercadomercado, exigências legaisexigências legais, suprimento de recursossuprimento de recursos, suprimento de capitalsuprimento de capital, etc.


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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 existirá sempre limitações em qualquer modeloqualquer 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 computadorcomputador 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


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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 modularescomponentes 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.


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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 enorme potencial de mercado de mercado para hardware e software.

IBM começou a concentrar-se no desenvolvimento de vários módulos de módulos de processamento de dados processamento de dados para aplicações específicas daqueles consumidores.

Tentativa conceber produtos que poderiam ser produtos que poderiam ser usados por várias indústrias, com pouca ou usados por várias indústrias, com pouca ou nenhuma mudançanenhuma mudança.

Freqüentemente isto era uma tarefa muito difícil porque era necessário mudar o produto e/ou os métodos da fábrica para a automação.


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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 processamento de informaçõesinformações reside na administração, tomada de decisões e várias aplicações forte ênfase dada às comunicaçõescomunicações, e ao gerenciamento de gerenciamento de bancos de dadosbancos de dados.


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O CONCEITO DE CIM DA IBM

A arquitetura dos

elementos de um CIM, definida pela

IBM


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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 pioneira nas atividades de CIMde 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 suas próprias soluções de hardware e software 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 escopoIBM posteriormente aumentou o seu escopo, e buscou oferecer interfaces gerais para integrar outros produtos no seu conceito.


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MODELO HIERÁRQUICO DO NIST NIST laboratório AMRF (“Advanced Manufacturing

Research Facility”) objetivo de chegar-se a padrões padrões de software 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 ambiente de manufatura controlado dinamicamentecontrolado dinamicamente, e é um projeto modularprojeto modular.

Assume-se um sistema hierárquico de computadores e sensores planejar e controlar as operações de planejar e controlar as operações de manufaturamanufatura.

Quantidade significativa destas atividades são feitas em tempo realtempo real.

Processamento de dados transparente e compartilhado rede de comunicaçãorede de comunicação interliga todos os computadores.


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MODELO HIERÁRQUICO DO NIST Atividades individuais podem enviar e

escrever informações de/para locais de memória virtualmemória virtual com o auxílio de caixas de caixas de postagempostagem; 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.


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MODELO HIERÁRQUICO DO NIST Sistema pormenorizado de gerenciamento de gerenciamento de

informações informações coordena e controla toda a fábrica. Sistema de projeto e planejamento do processo projeto e planejamento do processo

prepara os documentos de manufatura. Informações sobre uma encomenda são

introduzidas no nível mais alto da hierarquia, e objetivos globaisobjetivos globais e estratégias de longoestratégias 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 refinadosucessivamente refinado, até que no nível mais baixo da hierarquia instruções de controle são geradas para operar diretamente os equipamentos de manufatura.


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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 célulacélula, nível da estaçãoestação e nível da máquinamáquina 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.


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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 módulos de hardware e softwarehardware e software.


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MODELO HIERÁRQUICO DO NIST Componentes podem ser acrescentados e

excluídos com um mínimo de esforço e perturbação mínimo de esforço e perturbação da fábricada fábrica.

Banco de dados central contém uma descrição do estado completo da fábrica a qualquer momentoestado completo da fábrica a qualquer momento, e portanto o sistema pode responder imediatamente a mudanças e perturbações na produção.


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MODELO HIERÁRQUICO DO NIST

A arquitetura de CIM do NIST


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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 estratégiaestratégia e um conceito para atingir o objetivos de marketing da empresa.


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CONCEITO DE CIM DA SIEMENS


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CONCEITO DE CIM DA SIEMENS Funções da figura interligadas por um

intensivo fluxo de informaçõesintensivo fluxo de informações. Tarefa do fluxo de informações

processamento e distribuição de dados de uma maneira concisaconcisa e no tempo certotempo certo.

Para a comunicação dos dados, as interfacesinterfaces e protocolosprotocolos devem ser fornecidos.


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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?


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CONCEITO DE CIM DA SIEMENS Modelo hierárquicohierárquico 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 instruçõesfluxo 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 finançaspessoal e finanças.


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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.


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CONCEITO DE CIM DA DEC


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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 tecnologia da informaçãoinformação (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”).


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CONCEITO DE CIM DA DEC

Dois modelos de tecnologia de informação comunicando-se um com o outro


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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.


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CONCEITO DE CIM DA DEC Serviço de redes para sistemas distribuídos: Este

módulo é a conexão física e lógicaconexão física e lógica num sistema aberto. ProtocolosProtocolos 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 banco de dados físico de dados físico no qual as associações lógicasassociações lógicas são bem estruturadas. Uma tentativa é feita para preparar estruturas de dados distintas para as estruturas de dados distintas para as várias aplicaçõesvárias aplicações, e para definir algoritmos que estabelecem ligações entre as estruturas de dados.


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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 processo incrementalincremental que adapta-se a constantes mudanças nas funções de negócios, estruturas de dados e infra-estrutura.


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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 básicosblocos 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.


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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 referênciarecursos 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 manufaturaestratégias de manufatura, e pode otimizar estas com o auxílio de ferramentas de ferramentas de modelagem e simulaçãomodelagem e simulação.


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MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA

Ambientes de empresas no CIM-OSA


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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.


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O ambiente CIM-OSA


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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.


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Processo de entidades funcionais num sistema distribuído de execução de serviços


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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 transaçãotransação.


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O conceito de entidades funcionais e seus menus de comunicação


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MODELO DO ESPRIT: CIM-OSAExistem 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.


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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.


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MODELO DO ESPRIT: CIM-OSAFerramentas 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.


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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.


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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.


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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).


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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.


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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.


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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.


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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.


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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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Vários modelos de troca de dados numa fábrica


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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.


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Conceito hierárquico de planejamento

e controle


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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.


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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.


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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.


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Conceito hierárquico de

um sistema computacional

virtual de controle


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE Objetivo do modelo do produtomodelo 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 independentes do produto e de seus processos de manufaturaprocessos de manufatura.

Além disso modelo deve ser capaz de ser usado em equipamentos computacionais de vários fabricantesequipamentos computacionais de vários fabricantes.


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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).


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Exemplo de modelo de produto


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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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE Informações básicas para o planejamento da planejamento da

manufatura de um produto 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.


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Atividades de planejamento

assistidas pelo computador


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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.


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Diferentes modos de interfacear o CAD com o CAPP


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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.


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Programação dos equipamentos de manufatura


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Vários métodos para conectar o banco de dados de CAD com o sistema de programação NC


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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.


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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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE Esquema de um sistema de

agendamento ver figuras abaixo.

Agendamento dinâmico de

operações de manufatura


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O ambiente integrado de agendamento

do modelo genérico de manufatura


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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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE Características típicas desta rede são:

1. Atividades de planejamento e supervisão nos níveis superiores, e controle e monitoramento nos níveis mais baixos.

2. Uso de computadores de processo nos níveis superiores, e microcomputadores e CLPs nos níveis mais baixos.

3. Protocolos TOP e MAP nas camadas superiores, e protocolos “bus” nos níveis mais baixos.

4. Componentes estruturados genericamente que podem ser interligados de acordo com o princípio “plug-in”.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE5. Sistemas abertos que podem ser configurados, estendidos ou

compactados on-line automaticamente ou interativamente.6. Operabilidade contínua do nível inferior no caso de falha no

nível superior.7. Uso de monitores como painéis de controle do operador.8. Programação e configuração simples do sistema através de

teclado ou “mouse”.9. Apresentação gráfica do fluxo do processo (vistas

macroscópicas e microscópicas).10. Levar o usuário a localizar falhas no sistema.11. Acesso ao usuário para processar dados em qualquer nível.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE12. Mudança automática para

equipamentos substitutos no caso de falha.

13. Apresentação seletiva de tendências do processo e dados históricos de desempenho.

14. Simulação da estratégia de controle em cada camada.


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Controle do chão-de-

fábrica pelo computador


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Tarefas de processamento

de dados do computador de

controle da célula


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Tarefas de processamento

de dados do computador de

controle da máquina


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Uma rede de computadores para

CIM


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Níveis conceituais de rede num

CIM


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE MAP/TOP

Grande quantidade de problemas encontrados no projeto de redes causou o desenvolvimento de padrões para redespadrões 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.


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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.


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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.


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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.


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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.


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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.


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Sistema de gerenciamento de informações

de uma empresa


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Um banco de dados de CIM

dever dar suporte a todo o fluxo de uma ordem ao longo

da fábrica


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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Coleção de bancos de dados independentes


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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Banco de dados

centralizado


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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Banco de dados

interfaceado


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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.


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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;


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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.


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MODELO AMHERST-KARLSRUHE 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.


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Banco de dados distribuído

capítulo 9 – modelos e conceitos de cim sistemas integrados de manufatura – prof. joão carlos...

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