Integração Perfeita de Dados de Medição de QC em Sistemas de Manufatura para OEE Aprimorado

A Internet das Coisas (IoT) — e, em sentido mais amplo, a Quarta Revolução Industrial (Indústria 4.0) — é o novo paradigma onipresente na manufatura atual, afetando profundamente a forma como os fabricantes operam ou planejam operar. Melhorar a Efetividade Global do Equipamento (OEE) é um requisito-chave da IoT e otimizar o OEE exige dados precisos e atualizados em toda a organização, incluindo dados de medição e teste coletados tanto em laboratórios de qualidade quanto diretamente no chão de fábrica.

A Importância da Coleta Rápida e Precisa de Dados

Aumentar a velocidade, volume e precisão da coleta de dados de medição e inspeção é fundamental, pois fornece insights poderosos vitais para melhorar a eficiência e fabricar consistentemente peças de qualidade. No que diz respeito à aquisição/coleta de dados de medição de precisão para fins de controle de qualidade, o caminho mais claro para essas vantagens vem da tecnologia de recuperação sem fio e móvel.

Requisitos dos Sistemas de Coleta de Dados Sem Fio

Os sistemas de coleta de dados sem fio devem ser móveis, robustamente criptografados e seguros, e adequados para múltiplas necessidades — desde distâncias irrestritas e compatibilidade com instrumentos de medição até facilidade de uso e integração prática em operações de manufatura automatizadas. Os melhores sistemas de coleta de dados sem fio podem aumentar dramaticamente a produtividade, eliminar o potencial de erros, fornecer documentação completa e automatizar o processo de aquisição de dados. Os sistemas devem incluir todos esses benefícios, seja usados por um único funcionário ou em toda a empresa com um sistema de controle de qualidade integrado.

Por que os Fabricantes Precisam de Dados Precisos e Oportunos

Existem muitas razões pelas quais os fabricantes precisam coletar dados de medição e inspeção precisos, oportunos e completos. Iniciativas de OEE, Lean e Seis Sigma exigem dados confiáveis para apoiar as melhores práticas de controle de qualidade. Fabricantes — especialmente os de setores como médico, biomédico, aeroespacial e de defesa — muitas vezes precisam atender a requisitos regulatórios e fornecer documentação rastreável e confiável para a fabricação de peças críticas.

Limitações Comuns dos Sistemas de Coleta de Dados

Potencial para Erro Humano e Atraso

Sistemas que exigem que os trabalhadores rastreiem manualmente medições-chave demandam atenção extremamente precisa aos detalhes, exercida dezenas ou até centenas de vezes em um único turno — o que é frequentemente difícil e irrealista de fazer consistentemente, mesmo quando feito. A capacitação é outra questão — os funcionários podem não ter o conhecimento necessário para compreender, coletar e transcrever dados com precisão. Dígitos trocados, pontos decimais mal colocados e problemas semelhantes ocorrem comumente. Além disso, um funcionário pode precisar interromper o trabalho de produção para capturar e registrar medições, reduzindo a produtividade geral.

Problemas de Segurança Digital

Redes não seguras usadas para transmitir dados de medição podem fornecer pontos de entrada para hackers obterem acesso mais geral aos dados da empresa. Quando dados de medição são transmitidos sem as devidas medidas de segurança digital, apresentam um risco de segurança potencialmente sério.

Falta de Escalabilidade

O crescimento e a diversificação dos negócios podem exigir mais processos de controle de qualidade espalhados por uma instalação ou múltiplos locais. Na melhor das hipóteses, se um sistema de coleta de dados não é escalável, configurar processos separados de coleta de dados é demorado, complicado e pode levar a confusão, imprecisões e comunicação atrasada. No pior caso, rejeições de produtos, falhas e implicações legais com clientes podem resultar.

Análise Incompleta por Meio de Estratégia de Amostragem

Uma estratégia de amostragem simplesmente não pode fornecer o panorama completo oferecido pela medição de 100% de cada componente produzido. Essa estrutura, comum em alguns processos tradicionais de QC, pode levar à incapacidade de prever e identificar desvios nas tolerâncias de produção. Além disso, essa estratégia nem é uma opção para indústrias como médica ou militar que exigem inspeção de 100% das peças e documentação rastreável.

Possibilidade Aumentada de Rejeições

Toda peça rejeitada representa dinheiro, tempo e recursos perdidos. Sem a visão completa fornecida pela medição de 100%, os fabricantes correm o risco de incorrer em despesas adicionais e potencialmente prejudicar relacionamentos com clientes. Se uma peça que seria rejeitada chega a um cliente — especialmente um que exige conformidade rigorosa com padrões — os resultados podem ter implicações sérias, se não catastróficas.

Novos Sistemas Melhoram, Modernizam e Simplificam a Coleta de Dados

Um princípio subjacente é permitir que os fabricantes adquiram com precisão e consistência grandes quantidades de dados de medição para atender aos requisitos da Indústria 4.0. Os sistemas atuais de coleta de dados de medição sem fio devem ser completos, escaláveis, seguros e robustos para a Indústria 4.0. Isso significa oferecer benefícios fundamentais através de automação, facilidade de operação, escalabilidade simplificada, criptografia e proteção robustas de dados, e distâncias irrestritas e uso desimpedido para transmissão. O resultado é aumento da produtividade, redução de erros, fornecimento de documentação completa e um processo confiável de aquisição de dados impulsionado pela automação.

Operando na mais recente tecnologia de rede sem fio que usa frequências de rádio de onda curta para interconectar celulares, computadores e dispositivos eletrônicos sem fio, isso permite velocidade muito maior, largura de banda maior e alcance mais longo para maior taxa de transferência de dados. Sistemas como esses oferecem uma ampla gama de benefícios cruciais, incluindo:

Automação

Quando os funcionários precisam parar repetidamente o trabalho para registrar uma medição, a produtividade é certamente impactada negativamente. Além disso, processos manuais de coleta de dados podem introduzir erros no banco de dados de registros, com potencial para reduzir severamente a precisão e perpetuar falhas futuras. Com os mais recentes sistemas de coleta de dados de medição, o pressionar de um botão pode transmitir dados de medição, economizando tempo significativamente; por exemplo, é pelo menos quatro vezes mais rápido pressionar um botão comparado a escrever dados e depois digitá-los em um computador.

A automação é maximizada em todo o processo de coleta de dados de medição de controle de qualidade, melhorando a eficiência do processo e a precisão das medições capturadas. Recursos como carimbo de data/hora automático fornecem contexto crítico sobre cada ponto de dados, necessário para rastreabilidade e conformidade com especificações de controle de qualidade/produção. Enviar uma mensagem de volta ao instrumento de medição confirmando o recebimento também é útil.

Velocidade

Altos volumes de dados podem ser processados sem atraso, mesmo em capacidade total, com sistemas que usam taxas de bits mais altas e conexão de altíssima velocidade de menos de 50 ms de tempo de viagem de dados, bem como uma rede de latência ultra-baixa.

Facilidade de Operação

Estabelecer um processo de coleta de dados de medição pode encontrar resistência em vários níveis. Para a gestão da empresa, pode haver incerteza se a implementação de um novo método trará benefícios tangíveis. Para os operadores, pode haver medo do desconhecido e apreensão ao aprender um novo processo. Para dissipar essas preocupações, a facilidade de uso é prioridade alta para que os operadores se sintam confiantes rapidamente e o processo de coleta de dados seja otimizado em curto período; por exemplo, a facilidade de operação se estende ao aplicativo móvel, que elimina a necessidade de trazer hardware maior, como um laptop, para o campo.

Versatilidade

Uma nova estrutura de topologia de rede pode ser configurada para muitas situações simples ou complexas, e gateways remotos distribuídos também podem ser utilizados. A estrutura modular dos sistemas atuais torna simples expandir ou contrair um processo de coleta de dados de medição de controle de qualidade sem precisar adquirir um novo sistema de coleta de dados. Os dados são transmitidos de instrumentos que têm transmissores de rádio embutidos ou nós finais montados externamente para gateways e são operáveis tanto em plataformas móveis Android™ ou iOS® quanto em computadores baseados em Windows®, incluindo laptops, PCs desktop, thin clients e servidores. Componentes repetidores e bridges também podem se conectar diretamente a CLPs e outros equipamentos de automação serial de alta velocidade para coleta de dados em tempo real ou operação remota de máquinas.

Para medição sem fio, é extremamente produtivo usar instrumentos de medição sem fio que incluam rádios embutidos, tornando-os mais fáceis de usar para coleta de dados. Também é vantajoso que um sistema de coleta de dados de medição seja compatível com uma ampla gama de marcas de ferramentas e instrumentos eletrônicos de precisão. Rádios mochila expandem a funcionalidade, são discretos e facilmente acoplados. Usuários dos mais recentes sistemas de coleta de dados de medição podem utilizar múltiplos gateways que servem como pontos centrais ou distribuídos para coleta de dados, versus sistemas convencionais que têm apenas um gateway. Gateways e repetidores compactos cabem facilmente na palma da mão.

Além disso, as aplicações para coleta de dados são incrivelmente diversas e o sistema deve ser versátil o suficiente para cobrir todas essas aplicações. Os mais recentes sistemas de coleta de dados de medição são adaptáveis a quase todos os casos de uso, com exemplos que vão desde automotivo e agrícola, até medição de 100% de todas as peças e componentes em indústrias altamente regulamentadas como defesa, aeroespacial, médica, energia e mais.

Escalabilidade

Os mais recentes sistemas de coleta de dados são projetados para adquirir de forma confiável e precisa dados de medição de precisão em uma ampla gama de aplicações e distâncias. De apenas um ou alguns instrumentos de medição em curtas distâncias, a configurações que têm muitos instrumentos localizados a centenas de jardas de distância em uma grande fábrica ou espalhados por mais de uma milha em múltiplas instalações, distâncias expandidas e requisitos de aplicação aumentados são facilmente acomodados à medida que os requisitos de coleta de dados de medição evoluem e crescem.

Em sua aplicação mais simples, um Esquema Portátil apresenta um aplicativo sem fio rodando em um dispositivo móvel. Essa configuração direta pode ter um instrumento de medição sem fio com rádio embutido transmitindo dados até 30 pés (10 metros) para um dispositivo móvel. Ou, dependendo do dispositivo móvel, um Esquema Portátil pode ter 5 a 8 instrumentos de medição que se conectam ao aplicativo móvel para transmissão de dados até 30 pés (10 metros). Além disso, os usuários podem transmitir facilmente dados de medição até 30 pés (10 metros) de um (ou mais) instrumento(s) de medição sem fio para um laptop ou PC que tenha um gateway USB (Figura 1).

Em um Esquema Típico, o fabricante poderia ter um computador ou laptop rodando o sistema de coleta de dados de medição para suportar 20 instrumentos de medição no processo de coleta de dados sobre uma distância de até 200 pés. Nesta configuração, um gateway USB é incluído e nós finais mochila nos instrumentos de medição aumentam o alcance de transmissão de 30 pés para 200 pés (Figura 2).

Em um exemplo de Esquema para Grande Fábrica, 20 instrumentos de medição podem usar uma bridge e gateway remoto para expandir o alcance total de transmissão de dados para centenas de pés ou jardas (Figura 3). E em um Esquema Empresarial, a transmissão de dados de medição pode ser aumentada de centenas de jardas para mais de uma milha. Usando gateways remotos, bridges, e talvez adicionando repetidores, mais de 100 instrumentos de medição podem ser incorporados. Cada gateway remoto pode facilitar 20 instrumentos de medição. Para distâncias ainda maiores, Antenas Yagi de Longo Alcance podem ser incorporadas no esquema (Figura 4).

Criptografia e Proteção de Dados Robustas

A segurança de dados é prioridade para todos os fabricantes, incluindo o setor militar. E embora dados de medição de controle de qualidade por si só possam não ser particularmente valiosos para hackers, criminosos cibernéticos ainda podem falsificar as redes usadas para transmitir dados de controle de qualidade para obter acesso mais geral à infraestrutura digital. Sistemas de coleta de dados de medição abordam essa questão através de várias medidas, incluindo esforços de segurança que apresentam uma plataforma sem fio altamente segura. Dados transportados são criptografados usando uma abordagem multicamadas que impede absolutamente qualquer acesso externo aos dados, seja passivo ou ativo.

Além disso, o aplicativo móvel não se conecta ao SO de um smartphone ou tablet, restringindo acesso não intencional em um ponto crítico. Manter boa segurança também inclui abordar vulnerabilidades emergentes em transmissão de rádio com frequência para manter os sistemas seguros no futuro, com o que seu fornecedor de sistemas de coleta de dados de medição deve estar dedicado a acompanhar.

Distâncias Irrestritas e Uso Desimpedido para Transmissão

Aproveitar gateways remotos, bridges e repetidores oferece uma estrutura eficiente e confiável de transmissão de dados. Estruturas de sistema podem envolver tão poucos componentes quanto uma mochila ou rádio embutido junto com um dispositivo móvel rodando o aplicativo móvel, ou utilizar bridges, gateways e repetidores para estender significativamente os alcances de transmissão em uma configuração de grande fábrica.

O aplicativo de software dos mais recentes sistemas de coleta de dados de medição usa uma rede sem fio para reunir informações de múltiplos instrumentos de medição. A rede sem fio conta com a tecnologia sem fio embutida dos instrumentos ou nós finais para reunir e depois retransmitir dados de volta ao PC. O sistema de coleta de dados também pode enviar sinais para os componentes da rede para verificar transmissões e solicitar dados. Os componentes de hardware do sistema são o Gateway USB, Gateway Remoto, Extensores Bridge e Nó(s) Final(is). O Nó Final é um transmissor/receptor de rádio que é acoplado a um instrumento de medição. O Gateway USB é um transmissor/receptor de rádio acoplado a um PC. O Gateway Remoto é o mesmo que o Gateway USB, mas também estende o alcance de comunicação do PC usando um extensor Bridge para amplificar os sinais entre o Gateway Remoto e o PC. O Gateway Remoto tem o mesmo alcance que o Gateway USB, mas pode ser configurado muito longe do PC.

Independentemente da arquitetura de sistema implementada, o resultado é uma solução confiável, precisa e rápida para coletar dados de medição de controle de qualidade de cada ponto de operação onde a coleta de dados é necessária.

Praticidade

É eficiente usar nós finais e instrumentos de medição sem fio que são recarregáveis, eliminando a substituição de baterias e custos associados. Também considere usar nós finais e instrumentos de medição sem fio que ofereçam nível de proteção IP67 para uso em ambientes de fábrica severos. A capacidade de se adaptar à maioria dos programas SPC, MRP e ERP existentes é outra vantagem do sistema de coleta de dados de medição.

Outros Detalhes e Capacidades a Considerar

• Distância de operação a partir de Gateways ou dispositivo móvel é de até 30 pés (10 metros) para Instrumentos de Medição Sem Fio.
• Distância de operação a partir de Gateways é de até 200 pés (61 metros) para nós finais mochila.
• Um sistema de Gateway suporta até 20 instrumentos de medição, principalmente paquímetros, micrômetros e indicadores.
• Gateways Remotos adicionais expandem o número de instrumentos suportados em incrementos de 20 cada, e um repetidor pode aumentar o alcance de transmissão para milhas.
• Rádios de Nó Final podem armazenar até 10 leituras se o sistema principal estiver inativo ou ocupado.
• Alcance de transmissão é de até 2.000 pés (610 metros) entre Gateways Remotos e Bridge.
• Multiplexadores virtuais fornecidos no sistema de coleta de dados de medição recebem muitas entradas (dados de instrumentos) e as compartilham sobre um único recurso de saída, que é uma porta COM virtual. O multiplexador virtual recebe dados dos instrumentos e os envia para uma porta COM para software SPC e outros pacotes SW processarem.
• Acesso remoto via LAN ao servidor de coleta de dados via software cliente remoto.
• Tipos opcionais de antena para diversas implantações.

Conhecimento, serviço e suporte do fornecedor são fundamentais ao escolher um sistema de coleta de dados sem fio de medição. Um nível profundo de experiência combinado com expertise em controle de qualidade ajudará muito a estabelecer uma implementação bem-sucedida.

Este artigo foi escrito por Jeff Wilkinson, Diretor de Pesquisa & Desenvolvimento e Gerente Geral – Divisão de Tecnologia Avançada da L.S. Starrett Company (Athol, MA). Para mais informações, visite aqui .