Os campeões da automação lutam contra um problema de integração impressionante nos EUA

Os projetos visam conectar a comunicação entre robôs e outros componentes da fábrica

Assim como os delegados internacionais das Nações Unidas que usam intérpretes para entender uns aos outros, robôs, máquinas e outros componentes industriais de vários fornecedores falam diferentes linguagens de computador e precisam de tradutores para ajudá-los a se comunicar.

Em grande parte por causa da economia, as empresas que fabricam máquinas-ferramentas, robôs, transportadores e similares usam software proprietário para sua operação e comunicação entre si e com componentes como sensores, drivers e PLCs. Os fabricantes de máquinas querem que os departamentos de compras das fábricas mantenham sua marca de uma solução total para gerar mais receita.

“O pensamento predominante era que, se vou investir meus fundos e fornecer soluções, quero proteger minhas vendas”, disse Matthew Robinson, gerente de programa, ROS-Industrial (ROS-I) Consortium Americas, Southwest Research Instituto. “Se estou fornecendo máquinas-ferramentas, gostaria que os clientes usassem todos os meus produtos… meu software, meu hardware e tecnologias interconectadas associadas a eles.”

Quando um proprietário de fábrica decide mudar para uma marca diferente, surgem problemas de comunicação e impedem a integração, simulação e análise que podem aumentar a produção e a qualidade.

Até agora, a tarefa de possibilitar a comunicação entre toda a tecnologia em uma fábrica recaiu em grande parte para integradores de sistemas que criam os tradutores de código de computador, ou pontes, de, digamos, uma câmera 3D para um robô ou entre dois robôs feitos por fornecedores diferentes. . É um processo que leva muito tempo e custa muito dinheiro – tanto que o preço da conectividade de engenharia pode exceder o da própria máquina.

“A engenharia leva tanto tempo e é tão cara que muitas empresas não seguem o caminho da automação”, disse Juan Aparicio, chefe do grupo de pesquisa de Automação de Manufatura Avançada da Siemens Technology. “Não faz sentido para eles porque eles não têm um grande orçamento que possa justificar a automação.”

Movimento em direção a um padrão comum

Esse cenário levou a um problema de grande escala:o tempo e os gastos associados à integração estão dificultando a adoção da automação em muitas lojas – e impedindo o progresso da indústria americana.

O que os fabricantes e seus esperançosos solucionadores de problemas de integração, como Robinson, Aparicio e outros, estão experimentando agora tem precedentes em outro campo de manufatura.

Cerca de 30 anos atrás, na indústria de semicondutores, equipamentos de processamento de wafer, como máquinas de litografia de diferentes fornecedores, também não conseguiam se comunicar. Para combater a atrofia iminente nesse caso, os fabricantes de semicondutores formaram um consórcio e disseram aos fornecedores que precisavam criar um padrão comum. Foi exatamente isso que aconteceu.

“A questão é:‘A demanda dos clientes é poderosa o suficiente para impulsionar a criação de um padrão comum [agora]?” Isso é de acordo com John Wen, chefe de engenharia elétrica, informática e de sistemas do Rensselaer Polytechnic Institute. “Resta ver, mas parece haver movimento nessa direção.”

Wen também está entre aqueles que trabalham nos esforços atuais para a uniformização e a criação de pontes que traduzem linguagens de máquina para que os dispositivos de uma fábrica possam se comunicar.

Seu trabalho é financiado pelo Advanced Robotics for Manufacturing (ARM) Institute, que faz parte da Manufacturing USA. Os projetos financiados pelo ARM Institute incluem o desenvolvimento de middleware específico – um da academia e outro do empresário Scott Hassan – para um nível mais alto de prontidão técnica, para que as opções de middleware estejam prontas para uso industrial geral e possam ajudar as fábricas a trabalhar com comunicação acionável .

Uma solução plug-and-play

Wen está liderando um projeto intitulado “Robot Raconteur (RR):Um middleware interoperável para robótica”. RR coleta dados e invoca funções, como operar uma câmera, também.

“Robot Raconteur … é uma tecnologia de middleware avançada, aumentada e orientada a objetos, projetada especificamente para fornecer recursos de interoperabilidade plug-and-play reais para sistemas de automação/robótica”, de acordo com a proposta de pesquisa de Wen.

O RR já é versátil:é compatível com os sistemas operacionais Linux, Windows, OSX, iOS, Android, OpenBSD, QNX, Arduino e xPC Target. Possui bibliotecas para C++, Python, C#, Java, MATLAB, LabView, navegador JavaScript e xPC Target.

O middleware Raconteur foi desenvolvido no laboratório Rensselaer de Wen por John Wason. Depois que Wason obteve seu doutorado, ele desmembrou sua própria empresa, a Wason Technology, focada no middleware. Wason está participando da pesquisa financiada pelo ARM Institute com Rensselaer, assim como o Southwest Research Institute e a United Technology Corp.

Enquanto isso, os usuários de robôs industriais ainda dependem de um processo de ensino e repetição para colocá-los em funcionamento.

A chave para fugir do paradigma de ensinar e repetir é usar sensores, seja para visão, 3D, varredura a laser, proximidade, tato ou força, disse Wen.

No entanto, integrar e programar sensores em um robô aumenta a complexidade:eles são um custo adicional. E os sensores podem quebrar. Quanto mais coisas podem quebrar, maior a probabilidade de uma linha cair, custando dinheiro à planta.

A solução de Wen é desenvolver o RR em um sistema plug-and-play de código aberto que tornaria a programação e a integração de robôs, sensores, periféricos e software de simulação de vários fornecedores e plataformas fácil, rápida e segura.

Também abriria as portas para o uso de uma gama mais ampla de sensores, incluindo produtos de baixo custo para consumidores, como as câmeras Azure Kinect e Intel RealSense 3D, disse Wen.

'Programe no idioma de sua escolha'

Inerente ao trabalho de Robinson no Southwest Research Institute é trabalhar e promover o ROS-I, outro middleware de código aberto semelhante ao RR, no sentido de que você pode conectar diversos conjuntos de dispositivos, mas que também facilita a visualização e a simulação.

Ele sabe que o paradigma em silos de um fornecedor que promove uma e apenas uma solução é o que causou problemas à fabricação na área de conectividade em primeiro lugar.

Assim, Robinson pesou os prós e os contras e é franco sobre o lado negativo de sua fundação, ROS (Robot Operating System), no domínio específico da IoT.

“Uma das grandes desvantagens do ROS é que é muito C++, que é uma linguagem de computador em rápida evolução e atualizada”, disse ele. “Pode ser, para os recém-chegados, intimidante e cheio de todos os tipos de problemas. Portanto, há muitas entidades e ferramentas para isolar as pessoas da indústria que querem apenas fazer seus sistemas funcionarem de ter que fazer todos os tipos de escrita profunda e hardcore de software de ciência da computação em C++.

“A RR procura reduzir essa barreira à entrada.”

Aparicio é outro proponente da diversidade de linguagens de computador.

“Acho irreal dizer que haverá apenas uma linguagem na fabricação, mas se houver várias – todas com prós e contras – então precisamos de um gateway” na forma de software que atue como intérprete, disse ele.

Aparicio é investigador principal de um projeto financiado pelo ARM Institute para criar um software de código aberto plug-and-play para interoperabilidade e comunicação entre sistemas de automação, simuladores, plataformas em nuvem e um robô (que é controlado pelo ROS-I).

O gateway funcionará com três padrões e protocolos amplamente utilizados na fabricação:OPC-UA, MTConnect e DDS.

Juntando-se à Siemens e ao Southwest Research Institute no projeto estão a empresa de software Real Time Innovations e os fornecedores de robôs Keba e Yaskawa.

“No final, o segredo será a facilidade com que você permite que todas essas máquinas conversem umas com as outras … interoperem … para abstrair todas essas comunicações de baixo nível para que você possa programar na linguagem de sua escolha”, disse Aparicio.

As máquinas legadas também podem falar?

Novas máquinas-ferramentas e dispositivos de fábrica são equipados para conectividade e interoperabilidade fora da caixa, e seus proprietários devem ser capazes de tirar vantagem robusta do trabalho que Aparicio, Wen e Robinson estão fazendo.

Mas e as máquinas legadas?

“Em geral, se tiver uma placa de rede, se puder suportar a movimentação de informações pela Internet tradicional, estamos prontos”, disse Robinson.

Mesmo alguns robôs legados com mais ou menos uma década podem ser colocados para trabalhar em vez de acumular poeira em um depósito de fábrica.

“Se você tem um robô de 10 anos, é essencialmente um ativo gratuito naquele momento, então você está apenas adicionando alguns sensores, aproveitando alguns softwares”, disse Robinson. “Você pode ter que trabalhar com um parceiro de contrato, a menos que tenha uma boa equipe interna, mas pode estar em funcionamento [a um custo] muito menor do que comprar um sistema totalmente novo do zero.

“Esse retorno sobre o investimento se torna muito atraente.”

O trabalho de um codificador nunca termina

Mesmo com toda a experiência e trabalho árduo investidos nos projetos financiados pelo ARM Institute, juntamente com seus resultados bem-sucedidos, ainda há muito trabalho a fazer para ajudar a fabricação dos EUA a atingir todo o seu potencial de interoperabilidade e conectividade.

Há também espaço para mais participantes.

“Esse é o tipo de projeto que quanto mais gente souber, melhor. Queremos ter cada vez mais empresas a bordo”, disse Aparicio. “Não é que estamos resolvendo totalmente o problema. Estamos resolvendo um pequeno obstáculo. Haverá alguns projetos adicionais” necessários para resolver o problema maior.

Como Wen disse sobre os resultados dos projetos:“Todo mundo quer isso”.

O que é ROS?

Alguns dos projetos de desenvolvimento de tecnologia financiados pelo Instituto de Robótica Avançada para Manufatura (ARM ) aproveitam muito do conteúdo do software ROS-Industrial para aprimorar seus recursos e fortalecer os módulos desenvolvidos para uso industrial geral.

A história do ROS, o código de software fundamental do ROS-Industrial, está enraizada no Vale do Silício.

O código ROS foi desenvolvido por uma equipe que trabalha na Willow Garage liderada pelo fundador da empresa Scott Hassan, um bilionário do Vale do Silício que foi o principal arquiteto de software do Google, de acordo com uma biografia publicada no site de sua empresa subsequente, a Adequada Technologies. ROS, e agora ROS2, é atualmente desenvolvido e mantido pela Open Robotics sem fins lucrativos.

O nome comumente usado, ROS, é um acrônimo para “sistema operacional robô”, mas isso reduz seus recursos.

“ROS não é um sistema operacional no sentido tradicional de gerenciamento e agendamento de processos; em vez disso, ele fornece uma camada de comunicação estruturada acima dos sistemas operacionais do host…”, de acordo com uma visão geral do ROS no site da Willow Garage.