Andon IoT

Participantes:

Jardel Vieira
Thiago Azevedo
Hugo Trevizi

Resumo do projeto:

Andons são dispositivos visuais e sonoros industriais que alertam e orientam a produção. O Andon IoT, além da função visual em uma tela LCD, utiliza a DragonBoard 410c para conectar máquinas à internet.

Descrição do projeto:

O PROBLEMA A SER SOLUCIONADO

No chão-de-fábrica, a comunicação entre as pessoas tem um grande impacto na fabricação eficiente. Fluxos de informação claros e rápidos ajudam operadores, técnicos de manutenção e gestores a compreender melhor o processo e a tomar as decisões adequadas. A idéia é mostrar de forma clara informações chave que descrevem o que está acontecendo no momento. A percepção dos indicadores de produção deve estar disponível para todas as pessoas, em tempo real, para tomada rápida de decisão. Nossa equipe vivencia esta demanda diariamente. É muito comum a utilização de formulários preenchidos manualmente, digitados em ERP/MERP, para só então gerar informações relevantes. Procuramos constantemente por fornecedores de equipamentos que possam oferecer informações de forma automatizada, como displays numéricos de 7 segmentos, ou PLC’s ligados a PCs, porém as soluções não contemplam toda a necessidade presente na Indústria atual a um custo viável.

A SOLUÇÃO PROPOSTA

Na Indústria, o Andon é um dispositivo de “controle visual” que mostra o status da máquina, linha ou processo. É uma ferramenta muito útil na Manufatura Enxuta (Lean), onde o objetivo principal é reduzir o desperdício de produção em todos os níveis da fábrica. O Andon pode ser tão simples quanto uma luz e um sinal sonoro indicando anomalias no processo, ou utilizar telas de LCD/Led.
Imaginemos uma fábrica onde tudo corre como planejado. Os processos estão sempre operando dentro dos limites controlados, a variação é eliminada, e cada produto final é o mesmo. Nunca ocorrem problemas e o tempo de inatividade não-planejada não acontece. Nenhuma matéria prima é desperdiçada, os rendimentos estão exatamente onde deveriam estar, e os custos de energia são minimizados. Então, a camada superior de um mar de dados sobre os processos permite que o departamento de engenharia identifique e priorize as oportunidades de melhoria. Soa como uma utopia de fabricação, mas não está muito longe da nossa realidade caso a Indústria 4.0 faça jus ao seu potencial.

A Indústria 4.0 consolida avanços em sensores e comunicações já em uso. É um programa coordenado, orientado para o desenvolvimento e a implantação de dispositivos “inteligentes”. Engloba conceitos como a “Internet Industrial das Coisas” (IIoT), a comunicação máquina a máquina (M2M), IPv6, RFID, computação em nuvem e mineração de dados. A rede Ethernet está bem estabelecida na Indústria, mas com o encolhimento dos processadores, computadores mudaram de desktops para o ambiente fabril e armazéns, e agora estão sendo integrados em sensores e atuadores. A incorporação de recursos de comunicação, como Wi-Fi 802.11, Bluetooth ou ZigBee para estes dispositivos permite enviar e receber mensagens. Então, adicione IPv6, o que aumenta enormemente o número de endereços disponíveis, e cada dispositivo conectado tem uma identidade única. Isso é a IoT.

Nas últimas décadas, acompanhamos avanços enormes tanto na área de Automação Industrial quanto na tecnologia da Informação. Porém, os avanços não convergiram para um ponto em comum. A aproximação entre “OT” e “IT” deve ser promovida pela IIoT, conforme estudo elaborado pela Accenture. Segundo o relatório 01/2015 do World Economic Fórum, o primeiro impacto da adoção da IIoT é a melhoria da eficiência operacional. Unindo a ferramenta Andon da Manufatura Enxuta, e o conceito da Industrial Internet of Things, podemos criar um poderoso módulo para elevar a produtividade Industrial.

Para o nosso Cliente, que são Gerentes e Coordenadores Industriais, o Andon IoT será uma “TV Mágica”, capaz de capturar informações da fábrica, comunicar-se com a internet e mostrar informações relevantes desde o chão-de-fábrica até a Diretoria. Apesar de sermos uma equipe interna, temos a visão de que esta solução é viável comercialmente.

DESAFIOS TECNOLÓGICOS

  • Utilizando a Dragon Board 410c, o Andon IoT será capaz de realizar as etapas:
  • Capturar e pré-processar dados diretamente das máquinas e do ambiente produtivo,
  • Armazenar em database local e sincronizar com outros databases na Planta e na Nuvem,
  • Analisar as informações em conjunto com dados e parâmetros externos,
  • Divulgar as análises em Telas no chão-de-fábrica para atuações imediatas da operação,
  • Publicar alertas em aplicativos móveis para orientar a Supervisão,
  • Gerar relatórios e indicadores para a Gestão.

Inicialmente, os sinais capturados serão de “contato seco”. Os sensores presentes nas máquinas e outputs dos PLCs podem facilmente alternar o estado de Relés. Por exemplo, cada peça processada passa por um sensor óptico, que fecha a conexão Normal Aberta de um relé ligado à conexão do Andon IoT (GPIO da DragonBoard 410c). A captura deste dado simples vinculado ao “timestamp” da ocorrência, possibilita calcular tempos de ciclo, micro-paradas e paradas da linha, gerando indicadores de Performance e Disponibilidade de Equipamento em tempo real. Para isso, será necessário desenvolver uma placa de circuito contendo resistores pull-up, que permitirão deixar pinos de input da Expansion Connector da 410c em estado prédefinido, evitando flutuações da leitura. A programação do script de captura dos dados será feita em Python ou nodeJS. Este dado será armazenado em um banco de dados no-SQL Apache CouchDb, embarcado no sistema operacional Debian instalado na 410c. O Apache CouchDb tem características importantes para o projeto, como a capacidade de sincronizar bi-direcionalmente com outras instâncias locais ou remotas do CouchDb pelo protocolo TCP/IP. No nosso caso, uma conexão wifi será a rede para sincronismo de dados. Além disso, o CouchDB é um banco de dados REST com controle de usuários, permitindo acesso seguro às informações por requisições http/https por qualquer linguagem de programação, e até mesmo funcionar como um servidor de páginas html/javascript (característica utilizada para geração telas com gráficos). Grandes empresas como Intel e IBM tem versões comerciais do couchdb. O IBM Cloudant pode ser uma boa opção para sincronizar os dados com a nuvem de forma segura e a um custo viável.

Com os dados sincronizados entre o Andon IoT e a nuvem, será possível criar páginas html/javascript para gerar informações relevantes e apresentar em TV’s ou monitores ligados na porta HDMI da 401c. A programação das telas utilizando HTML5 e javascript simplifica e oferece um potencial enorme de customização, interatividade e recursos gráficos. Estes tipos de tela não são possíveis de serem geradas utilizando IHM’s (Interface Homem máquina) conectadas à PLC’s. No Andon Iot, uma página html será exibida em modo “quiosque” na Tela, logo na inicialização do sistema.

PROJETO PILOTO DE APLICAÇÃO DO ANDON IoT: DISPLAY DE PERFORMANCE NA SECAGEM

No projeto piloto, iremos aplicar o Andon IoT como um Display de Performance de um equipamento de secagem de couros semi-acabado. Um sensor óptico do quadro onde o couro é ‘grampeado’ para entrar em túnel de secagem, emitirá o sinal a ser capturado pelo Andon IoT. O tempo de ciclo do equipamento é de aproximadamente 60 segundos por quadro, e depende do sincronismo de 18 pessoas na operação de grampeamento. Uma tela LCD de 17″ mostrará um relógio decrescente, que será reiniciado a cada início de ciclo capturado pelosensor, apresentando o tempo restante para realizar a operação dentro do tempo de ciclo planejado. Visualizando o relógio decrescente, os operadores terão uma melhor orientação quanto a velocidade de trabalho que deve ser aplicada. O indicador de Performance é muito importante para a produtividade e qualidade do processo: se a Performance estiver acima da meta, gera problemas de qualidade no produto e estafa nos operadores. Com a Performance abaixo da meta, a produtividade planejada não é atingida, impactando negativamente na remuneração variável paga aos operadores da linha. Um aplicativo android será utilizado pelo Supervisor da Linha para setup de metas de tempos de ciclo, acompanhamento remoto e emissão de relatórios de Performance.

Histórico do desenvolvimento:

Hardware:

Software/Firmware:

Referências: