O núcleo de excelência “Internet da Produção” da Universidade Técnica RWTH Aachen, na Alemanha, é um projeto interdisciplinar de pesquisa financiado pela Associação Alemã de Pesquisa (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG). Desde o mês de janeiro de 2019, 25 unidades e institutos de pesquisa da universidade estão colaborando para descrever e otimizar procedimentos complexos de tecnologia de produção usando abordagens orientadas para dados, bem como descobrir correlações entre modelos físicos básicos.

A consistente integração da tecnologia de informação com a dos processos de produção tem como objetivo aperfeiçoar os modelos científicos básicos usando análise sistemática de dados. Além disso,

O Centro de Inovação em Plásticos 4.0 é parte de uma rede de unidades de pesquisa no Campus Melaten, em Aachen (Alemanha), cujo foco é a tecnologia de produção (Riedel/IKV)

 

a aplicação de abordagens científicas na produção pode ser simplificada pelo intercâmbio de dados de áreas interdisciplinares. Portanto, pode-se conseguir, em tempo real, uma otimização consolidada do desempenho econômico do sistema de produção (“cientificação” da produção).

O Instituto para Transformação de Plásticos (Institut für Kunststoff verarbeitung, IKV) também atua em pesquisas sobre infraestrutura para a combinação de abordagens físicas e orientadas a dados (por exemplo, inteligência artificial).

Infraestrutura inteligente para a transformação de plásticos

As pesquisas realizadas pelo núcleo Internet da Produção frequentemente têm como tema abordagens cuja aplicação industrial abrangente ainda se encontra no futuro. Entretanto, muitas empresas parceiras gostariam de ver tais abordagens testadas e integradas às atividades do chão de fábrica.

O Centro de Inovações em Plásticos 4.0 (PIC 4.0) estabeleceu uma plataforma para isso e fará parte de um laboratório com abrangência mundial chamado World Wide Lab, instaurado no Campus Melaten, em Aachen, Alemanha (figura no início do artigo).

O conceito central da pesquisa do núcleo Internet da Produção é a sombra digital, que constitui um rastro contextualizado de dados que descreve um processo real. Em contraste com o termo “gêmeo digital”, que é considerado como uma representação digital completa de um sistema real, a sombra digital contém apenas um subconjunto de dados disponíveis que corresponde a um problema específico (figura 1).

O núcleo está investigando os fundamentos conceituais e estruturas de dados para sombras digitais, de forma que eles possam ser usados de forma interdisciplinar e semanticamente consistente na indústria. Já no PIC 4.0, o foco está em aplicações concretas e nos desafios a serem enfrentados por uma infraestrutura digital atuando em áreas de transformação de plásticos. Já foram estabelecidos muitos modelos virtuais para tecnologias de transformação de plásticos como parte deste projeto(1). O potencial de aplicação

Fig. 1 – O rastro de dados gerado pela moldagem por injeção representa, por exemplo, o comportamento do material durante o processo (IKV; Gráfico: Hanser)

 

da sombra digital pode então ser avaliado e, posteriormente, os requisitos do sistema para uso industrial serem testados com base nas aplicações do PIC 4.0 (2).

Teste no banco de provas para diferentes máquinas

A base para a obtenção de sombras digitais e sua aplicação na monitoração e otimização de processos produtivos está em uma ampla disponibilidade de dados. Para isso, há uma infraestrutura digital a partir de software no IKV, a qual foi compilada a partir de programas digitais com acesso aberto, podendo ser aplicada e expandida em escala industrial. Com a ajuda dessa infraestrutura, uma variedade de máquinas e sistemas pode ser conectada à rede do instituto, sendo então registrados os dados provenientes de processos.

Com base no desenvolvimento de padrões de comunicação como o OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture ou Arquitetura unificada para plataforma aberta de comunicações, em tradução livre), bem como especificações de tecnologia para o processamento de plásticos constantes na Euromap 77 (intercâmbio de dados entre injetoras e o sistema do computador central)(3) e Euromap 84 (intercâmbio de dados entre extrusoras e o sistema do computador central)(4), interfaces de dados exclusivas também são usadas para integrar máquinas mais antigas à rede do IKV.

Até o momento, quatro injetoras da Arburg fabricadas em 2007 (Allrounder 520 A1500-400), 2010 (Allrounder 370 A600-170/170), 2014 (Allrounder 270 A350-70) e 2016 (Allrounder 520 A1500-800) já se encontram alimentando a base de dados do IKV por meio da interface OPC-UA. Além disso, há comunicação direta, via interface Euromap 77 baseada no protocolo OPC-UA, para uma injetora IntElect2 100/470-250, fabricada pela Sumitomo (SHI) Demag, e para uma modelo e-motion 440/160 TWP, fabricada pela Engel, ambas fabricadas em 2020. As sucessivas expansões de aquisições de dados então se estenderam para as outras máquinas, as quais somente podem ser acessadas pela antiga interface Euromap 63, tais como uma SmartPower 240/1330 Unilog B8, fabricada pela Wittmann Battenfeld em 2017, ou uma da KraussMaffei 160-1000 CX de 2008. Além disso, um sistema Ergotech 800/420-130 da Demag, de 1999, continua a fazer parte do parque de máquinas.

Entretanto, a conectividade de dados não se limita a injetoras,

Fig. 2 – Visão geral dos sistemas distribuídos de geração de dados do IKV, os quais são integrados à rede por meio da topografia do sistema (IKV)

 

sendo também usada em processos de extrusão e fabricação de borracha. No centro de tecnologia de extrusão do IKV também são analisados sistemas para produção de filmes tubulares ou planos, assim como de perfis e espumas, sistemas para produção por moldagem por estiramento e sopro, termoformação e processamento de elastômeros e poliuretanos.

Os desafios relacionados a esse parque de máquinas dizem respeito à digitalização sistemática por meio de módulos adicionais compatíveis para que as complexas extrusão de borracha, fabricada pela TSM, e um misturador interno, fabricado pela Harburg-Freudenberger Maschinenbau, se encontram integrados à rede. O sistema de controle também é acessado diretamente para registrar, por exemplo, sinais de sensores analógicos ou para ler dados provenientes de sensores de temperatura e umidade, via sistemas de gravação separados, para determinar as condições do ambiente.

Entretanto, além de máquinas para processamento de plásticos, há a necessidade de incluir equipamentos auxiliares. Particularmente, os secadores e as unidades para controle de temperatura ainda se comunicam usando interfaces seriais, tais como RS-232 ou RS-485, e precisam ser conectados às máquinas ou diretamente a outro dispositivo para leitura de sinais, de forma a possibilitar a inclusão dos respectivos dados constantes na sombra digital do processo.

A mesma situação se aplica aos sistemas de garantia da qualidade, tais como dispositivos para aquisição de dados ou de sinais de sensores. Em particular, a sincronização dos correspondentes fluxos de dados em um sistema global de informações, com dados provenientes de máquinas sendo fornecidos em uma base contínua ou de ciclo-a-ciclo, constitui um desafio adicional quando se dispõe de um parque de máquinas heterogêneo (figura 2).

Partilha de experiências do processamento de dados

Em muitos casos, os trabalhos e pesquisas anteriores sobre sistemas para aquisição, armazenamento e sincronização de dados elevaram os requisitos para a estruturação do sistema de informação que opera em segundo plano. Assim, as questões sobre a pertinência de atualizações de interfaces podem ser respondidas, e analisados os investimentos necessários. Experiências e métodos de avaliação, bem como recomendações de ação e armadilhas na digitalização por etapas rumo à fabricação inteligente, serão desenvolvidos e preparados para a indústria em um ambiente real de demonstração. Assim fica assegurado que os métodos do núcleo Internet de Produção também possam passar por uma rápida transferência de tecnologia e, assim, dar suporte à indústria de transformação de plásticos para que ela possa enfrentar a competição.

Agradecimentos

A implantação do Centro de Inovação em Plásticos 4.0 foi financiada pelo Estado da Renânia do Norte-Vestfália (Alemanha) e pelo Fundo Europeu para Desenvolvimento Regional (European Regional Development Fund, ERDF) (Projeto ID-390621612).

Referências bibliográficas

Uma lista das referências bibliográficas relativas a este trabalho pode ser encontrada no seguinte endereço da Internet: www.kunststoffe.de/onlinearchiv.