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Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.unb.br/handle/10482/24347
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Title: Concepção de um framework para monitoramento e teleoperação de máquinas-ferramenta CNC via internet aderente à Indústria 4.0
Authors: Oliveira, Luiz Eduardo Santos de
Orientador(es):: Álvares, Alberto José
Assunto:: Mudanças organizacionais
Tecnologia da informação e da comunicação
Produtos mecatrônicos
Issue Date: 29-Aug-2017
Citation: OLIVEIRA, Luiz Eduardo Santos de. Concepção de um framework para monitoramento e teleoperação de máquinas-ferramenta CNC via internet aderente à Indústria 4.0. 2017. xii, 188 f., il. Dissertação (Mestrado em Sistemas Mecatrônicos)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Abstract: As empresas vêm passando por constantes mudanças organizacionais a fim de se manterem competitivas em um mundo em que as comunicações estão cada vez mais rápidas e em que o setor empresarial atua em um nível global. Observando isso, a indústria manufatureira investe fortemente em insumos como as tecnologias de informação e comunicação (TIC) a fim de obterem informações e conhecimento necessários sobre os seus processos para que melhores decisões possam ser tomadas e as empresas tornem-se mais eficientes. Essa globalização dos mercados lançou para as empresas de manufatura o desafio de criarem uma maior proximidade com seus consumidores e parceiros com a finalidade de fabricar produtos que atendam verdadeiramente as expectativas dos stakeholders. Nessa tarefa a Internet assume um papel importante como elemento de integração entre pessoas e empresas. Uma prova da força da Internet é o expressivo tamanho que o comércio eletrônico adquiriu ao logo dos anos. Outras aplicações para Internet vêm sendo implementadas com êxito. No âmbito da manufatura, acompanhando as mudanças nas estratégias de produção focadas no uso intensivo das tecnologias da informação, desenvolveu-se o conceito de manufatura remota e distribuída através da internet, que implementou paradigmas como a E-manufacturing (manufatura eletrônica). Esta forma um ambiente de manufatura baseado em TICs, especialmente em tecnologias de rede, incluindo a internet, utilizando métodos de trabalho vinculados a Collaborative e-Work (Trabalho eletrônico colaborativo). Nessa perspectiva, é possível vincular os estudos relacionados a manufatura eletrônica aos primeiros movimentos no sentido de desenvolver as Fábricas Inteligentes (Smart Factories), diretriz principal da estratégia Indústria 4.0. A era da Indústria 4.0, implica, entre outros fatores, na utilização intensiva de produtos mecatrônicos e sistemas de tecnologia da informação (TI). Nesse contexto estão os sistemas de Internet das Coisas Industrial (IIoT) para ampliar ainda mais a imersão nos ambientes de produção. Uma das principais expectativas com relação a esses sistemas é o aumento do nível de interoperabilidade entre os mais diversos dispositivos da manufatura e a capacidade de monitoramento e controle desses equipamentos de forma mais distribuída. Um dos grandes desafios das empresas de manufatura é a aquisição de dados de forma integrada em uma planta industrial composta por máquinas CNC com diferentes tecnologias e fabricantes, que desenvolvem sistemas para comunicação com esses dispositivos utilizando protocolos proprietários. Analisando essa realidade, e aproveitando o fato de que padrões como MTConnect e OPC-UA estão criando o caminho para o desenvolvimento da nova era indústria, este trabalho apresenta a arquitetura de um framework implementado na forma de um sistema cliente-servidor baseado na internet para o monitoramento e a teleoperação máquinas-ferramenta CNC, que apresente atributos em conformidade com a estratégia "Indústria 4.0". A concepção do framework, e a subsequente implementação, foi realizada através de uma abordagem metodológica que envolveu o uso de diagramas IDEF0 (Integration Definition language for Function Modeling), para a definição da modelagem funcional do framework, e a metodologia de projeto axiomático para o refinamento do modelo em uma especificação mais detalhada da arquitetura na forma de um sistema baseado na web para o monitoramento e a teleoperação de um centro de torneamento. O trabalho de implementação computacional fundamentou-se no desenvolvimento, na herança de módulos de software previamente desenvolvidos e na integração desses módulos na forma de serviços através de um sistema na web. Foi desenvolvido um serviço de monitoramento baseado no protocolo MTConnect, para fornecer streaming de dados de fabricação do centro de torneamento. Para atividades de supervisão foi implementado um servidor OPC para Web (OPCWeb), em que buscou-se criar um alternativa ao servidor OPC-UA, que é baseado em padrões para internet. Como uma forma de manter a identidade do sistema dentro do contexto das aplicações de telemanufatura foi incorporado ao sistema serviços de teleoperação como comando remoto DNC (Distributed Numerical Control) através mecanismo CGI (Common Gateway Interface) e streaming de video do chão-de-fábrica com Applets Java. Todos esses servidores integrados por uma interface Web para formar o sistema CyberDNC. A forma final do sistema foi avaliada através de casos de uso da aplicação focados na conectividade entre os servidores e os clientes web disponíveis, e adequado funcionamento da aplicação como um todo. Os testes e validação do sistema (framework) foram realizados para o centro de torneamento Romi Galaxy 15M com CNC Fanuc 18i-Ta.
Abstract: The companies have going through constant organizational changes in order to remain competitive in a world where communications are increasingly fast and the business sector operates on a global level. Noting that manufacturing industry invests heavily in inputs such as information and communication technologies (ICT) in order to obtain information and knowledge about your processes so that better decisions can be taken and companies become more efficient. This globalization of markets has released to manufacturing companies the challenge of creating greater proximity with its customers and partners in order to manufacture products that truly meet the expectations of stakeholders. In this task the Internet plays an important role as a factor of integration between people and companies. A proof of the strength of the Internet is the significant size of the e-commerce acquired over the years. Other Internet applications are being implemented successfully. In the context of the manufacture, tracking changes in the production strategies focused on intensive use of information technologies, has developed the concept of remote manufacturing and distributed via the internet, which implemented paradigms like E-manufacturing (electronic manufacturing). This way a manufacturing environment based on ICTs, especially in network technologies, including the internet, using working methods linked to Collaborative e-Work (Collaborative electronic Work). In this perspective, it is possible to link the electronic manufacturing-related studies to the first movements towards developing Smart Factories, main Industry 4.0 strategy guideline. The industry 4.0 era, implies, among other factors, on intensive use of mechatronics products and systems of information technology. In this context are the systems of Industrial Internet of things (IIoT) to further expand the immersion in production environments. One of the main expectations with regard to these systems is the increased level of interoperability between different manufacture devices and monitoring and control capacity of the equipment in a more distributed way. One of the greatest challenges of manufacturing companies is the acquisition of data seamlessly in an industrial plant composed of CNC machines with different technologies and manufacturers, to develop systems for communication with these devices using proprietary protocols. Analyzing this reality, and taking advantage of the fact that standards such as OPC-UA and MTConnect are creating the path for the development of the new era industry, this paper presents the architecture of a framework implemented as a client-server system based on internet for monitoring and teleoperation CNC machine tool, which shows attributes in accordance with the strategy "Industry 4.0". The design of the framework, and the subsequent implementation, was performed through a methodological approach that involved the use of IDEF0 (Integration Definition for Function Modeling language) for defining the functional modeling of the framework, and Axiomatic Design methodology for the refinement of the model in a more detailed specification of the architecture as a web-based system for monitoring and teleoperation of a turning center. The task of computational implementation was based on the development, in the inheritance of previously developed software modules and integration of these modules in the form of services through a web system. It was developed a monitoring service based on MTConnect protocol, to provide manufacturing data streaming of turning center. For supervisory activities was implemented an OPC server for Web (OPCWeb), which sought to create an alternative to OPC-UA server, which is based on internet standards. As a way to keep the identity of the system within the context of telemanufacturing applications, was built into the system teleoperation services as DNC (Distributed Numerical Control) remote commands using CGI protocol (Common Gateway Interface) and video streaming of the shop-floor through Java Applets. All these servers integrated by a web interface to form the CyberDNC system. The final form of the system was evaluated through use cases of the application focused on connectivity between the servers and the web clients available, and the suitable application’s operation as a whole. The system (framework) testing and validation were carried out for the turning center Romi Galaxy 15M-Ta with CNC Fanuc 18i-Ta.
Description: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.
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Appears in Collections:ENM - Mestrado em Sistemas Mecatrônicos (Dissertações)

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