Acelerando a Transformação Digital: Dados de MES em Tempo Real Impulsionam Eficiência da Fábrica

Com o impulso em direção a uma fábrica totalmente digital, sistemas de execução de manufatura (MES) nunca foram tão críticos para fabricantes de todos os tipos. Ao empregar as mais recentes soluções de sistemas de execução de manufatura de resposta rápida em operações de manufatura, construtores podem obter atualizações rápidas sobre dados operacionais sensíveis ao tempo que podem ajudar a melhorar processos de fábrica e aproximar a fábrica digital da realidade.

À medida que a convergência de sistemas de software de manufatura e negócios avança, cada vez mais fabricantes estão percebendo os ganhos que uma fábrica digital oferece, com desempenho de dados em tempo real ou quasi-tempo real oferecendo muito mais insight de manufatura do que estava disponível no passado. Fabricantes estão ficando mais sérios sobre implementar a infraestrutura necessária para soluções de manufatura inteligente e Internet Industrial das Coisas (IIoT), e mais frequentemente, sistemas MES baseados em nuvem estão no centro dessas tecnologias.

"A tendência é convergência de sistemas de negócios para obter análise aprofundada de operação de equipamentos e sistemas. Estamos vendo provedores de dados unindo forças", disse Pete Tecos, vice-presidente executivo, 5ME (Cincinnati), observando a recente parceria da 5ME com a SmartWare que une as plataformas Freedom Smart Manufacturing solutions e Bigfoot CMMS (sistema de gerenciamento de manutenção computadorizado) da Smartware. "Quanto mais rápido coletamos dados e os compartilhamos entre vários sistemas, melhor visão temos das operações gerais."

O Impacto da Nuvem

À medida que mais empresas começam a adotar tecnologia de manufatura baseada em nuvem, as capacidades de soluções MES, gerenciamento de recursos empresariais (ERP) e sistemas de coleta de dados de chão de fábrica estão se fundindo mais perfeitamente, trabalhando em conjunto para tornar esforços de IIoT e Indústria 4.0 mais eficazes no chão de fábrica.

"Isso permite a busca pelo 'Santo Graal da Manufatura': análise abrangente de sistema em tempo real através de compartilhamento de dados", afirmou Tecos. "Ajustes e/ou correções são feitos mais rápido, e com menos interrupção das operações de manufatura."

As soluções de software de manufatura atuais oferecem uma riqueza de ferramentas para rastrear métricas-chave de fábrica, incluindo Eficiência Global do Equipamento (OEE) e muitas outras, para a empresa de manufatura, e esses sistemas enriquecidos estão se integrando bem à medida que desenvolvedores dessas soluções fazem parcerias para atender às demandas de IoT/IIoT.

"Basicamente, você começa no nível do chão de fábrica interagindo com ativos e uma variedade de sistemas de manufatura, então fornece uma camada de visualização [cockpit OEE] para ver desempenho e KPIs", disse Tecos. "Finalmente, empurra informações em tempo real para o espaço do sistema de negócios [ERP, MES, CMMS, sistemas de qualidade]. Se todos esses sistemas trabalharem simbioticamente em vez de em silos, você pode impulsionar operações rumo a uma manufatura adaptativa altamente eficiente através da troca de inteligência operacional em tempo real — esse é o Santo Graal."

Compatibilidade com outras plataformas é fundamental, adicionou Tecos. "Facilidade de uso, capacidades de coleta de dados e versatilidade com tipos de máquinas também são importantes. Nosso software apresenta dados de múltiplas perspectivas e os coloca em três categorias: frequência, duração e monetização. Olhamos as correlações entre estas, basicamente pegando dados de frequência e duração para criar uma visão monetizada das operações."

Resultados de alguns clientes da 5ME são impressionantes. Após instalar os sistemas eLog da 5ME, a fábrica da Caterpillar em East Peoria, IL, cortou o comprimento médio de atrasos pela metade e melhorou tempos de ciclo em máquina em 30% nas máquinas onde o Freedom eLog foi instalado, o que representou um aumento de US$ 1,2 milhão em valor agregado. A empresa relatou que achou os dados eletrônicos "baseados em fatos" muito melhores, mais precisos e menos emocionais que o sistema de papel/processo manual usado anteriormente.

Assumindo a Visão Empresarial

Sistemas MES não são mais sistemas autônomos, observou Stephen Brown, vice-presidente, prática de manufatura, Américas, Siemens PLM Software (Plano, TX). "MES é parte de uma infraestrutura de TI empresarial interconectada. O valor do MES agora é definido por quão bem o sistema MES se integra dentro da cadeia de valor geral, tanto a montante para desenvolvimento de produto e engenharia de produção, quanto a jusante para automação", disse ele.

"Clientes querem digitalizar toda a cadeia de valor, abrangendo desde design de produto, através de planejamento de produção, engenharia de produção, execução de produção, e então serviços. Chamamos isso de Empresa Digital", disse Brown. "Mais especificamente, usamos a frase Gêmeo Digital. Ajudamos nossos clientes a criar um Gêmeo Digital não apenas do produto, mas também do processo de produção, e da fábrica e equipamentos de produção. Nossos clientes então usam o Gêmeo Digital para simular completamente o produto e seu processo de manufatura antes de comprometer dólares duros para protótipos, ferramentas e ativos físicos."

Estes fatores permitem inovação rápida, ele observou. "Não é simplesmente sobre gerenciar operações de manufatura. É sobre criar um processo de manufatura flexível, responsivo e previsível capaz de responder a novos requisitos de produto."

Uma vez em produção, e quando vinculados à automação, clientes da Siemens podem tomar decisões usando dados em tempo real do chão de fábrica, disse Brown. "Exemplos incluem disponibilidade de máquina em tempo real ou tempo de atividade que pode ser usado pelo software de programação de produção para otimizar cronogramas, e problemas de qualidade identificados durante a produção que podem ser comunicados em quasi-tempo real à engenharia para disposição de peça, o que é especialmente importante na aeroespacial", disse Brown. "Finalmente, adicione IoT e análise de dados com Mindsphere, e fechamos o ciclo através da Empresa Digital."

A Siemens gerencia o processo de inovação e mudança com seu Teamcenter PLM, criando um Gêmeo Digital do produto e processo de manufatura, disse Brown. "Então integramos com nosso portfólio MOM [gerenciamento de operações de manufatura], enviando os dados necessários de produto, manufatura e qualidade para o chão de fábrica, e então usamos Mindsphere para IoT e análise de big data para capturar dados as-built, retroalimentando insight no design de produto e processo para melhoria contínua."

Preparando para IIoT

Fabricantes estão olhando mais para aproveitar Big Data e o boom IoT/IIoT junto com mobilidade na nuvem, disse Eric Green, vice-presidente da Dassault Systèmes-Delmia. "Todos estão afetando fabricantes hoje, mas até haver um caso de negócios definitivo, eles ainda estão em estágio exploratório", disse ele.

"Com algumas das tecnologias especificamente ao redor de IIoT e IoT, eles ainda estão descobrindo e entendendo quais são as oportunidades. Se você pensar sobre IIoT, fabricantes têm feito o precursor por muitos anos", observou Green. "IIoT está fornecendo uma nova geração, uma nova evolução. Mas temos clientes que têm equipamentos com mais de 20 anos, e estas novas tecnologias devem ser capazes de suportar investimentos em equipamentos existentes."

Chave para fabricantes será encontrar onde e como podem aplicar inovação, ele adicionou. "Como consumidores, cada um de nós está criando uma experiência, com os automóveis que dirigimos, e os smartphones e eletrodomésticos inteligentes que temos. O que isso está fazendo é ter um efeito em como as empresas vão ao mercado. Está forçando estes fabricantes a serem mais eficientes ou mais inovadores."

Para desenvolvedores como a Dassault, o objetivo é trazer novos produtos emocionantes ao mercado rápida e eficientemente, ele notou. "Se você olhar para trazer novos produtos ao mercado, do design de produto à manufatura e ao consumidor, a plataforma de inovação requer ser capaz de colaborar rapidamente para trazer o design ao mercado." Isso vai além do ERP, ele adicionou, em mais uma plataforma de inovação de negócios. Aplicações como MOM, gerenciamento de operações de manufatura, que levam o produto do design através da manufatura através de uma abordagem colaborativa baseada em modelo, podem acelerar a entrega de lançamentos de produtos.

"Para nós como organização, vemos isso como uma prioridade chave", disse Green. "MOM é um conjunto mais amplo de capacidades que MES — envolvendo múltiplos sites, um conjunto e escopo mais amplos, e controle de estoque mais amplo. O que você está vendo é diferentes organizações expandiram seu escopo para incluir MOM, e isso se conecta à inovação que oferecemos."

Dar ao usuário capacidade quasi-tempo real é uma vantagem chave. "O valor lá é porque temos visibilidade global, se há mudanças, essas mudanças podem ser propagadas e erros são eliminados."

O software Delmia-Apriso permite continuidade digital, da engenharia através de todos os aspectos de manufatura, disse Green. "É a capacidade de usar um mundo virtual para otimizar diferentes cenários, como mix de modelos", disse ele. "Combinando o modelo de execução do mundo real e dados com o mundo virtual de engenharia, usamos simulação ou otimização para avaliar o impacto de mudanças baseadas em dados reais de fábrica, antes de implantar mudanças na fábrica. O software Delmia Apriso ajuda usuários a fornecer visibilidade e controle de operações globais para otimizar execução através de produção, estoques e qualidade."

O portfólio MOM da Siemens inclui MES, Qualidade, Agendamento Avançado e Inteligência de Manufatura. "Associados a essas aplicações estão soluções para design e simulação de fábrica de manufatura, nosso portfólio Tecnomatix, e então claro IoT e análise de dados com Mindsphere", adicionou Brown. "Pegamos a BOM de engenharia, e transformamos isso na BOM de manufatura, então uma lista de processo. É aqui que o MES assume.

"Criamos instruções de trabalho para cada etapa, incluindo etapas de qualidade e inspeção, e podemos então enviar essas instruções ao operador quando uma peça específica é apresentada ao operador na estação de trabalho", disse Brown. "Ou podemos enviar código específico para uma célula robótica baseada na peça apresentada àquela célula de trabalho. No mundo de personalização em massa, onde tamanhos de lote se aproximam de um, somos capazes de atingir tempos de ciclo e custos historicamente vistos apenas com automação rígida e corridas muito grandes."

A Siemens também adicionou um novo aplicativo Automation Gateway para o Simatic IT MES UAF 2.1 que oferece conectividade OPC e conectividade direta a controladores Siemens S7, disse Brown. O aplicativo configura objetos de nó de automação compostos por propriedades conectadas a tags de sistema de automação. "Automation Gateway inclui um serviço mantendo conexão com sistemas de automação, sincronizando dados de automação", disse ele. "Dados de automação são expostos a comando UA app para leitura e escrita, e o app pode assinar eventos de mudança de dados de automação via gerenciamento de sinal."

Mais Análise de Máquinas

À medida que a demanda por análise cresce, mais opções abundam, como as novas soluções de análise de máquinas que a Rockwell Automation (Milwaukee) anunciou no outono passado em sua Rockwell Automation Fair. Estes sistemas incluíram FactoryTalk Analytics for Devices da Rockwell e um FactoryTalk for Machines baseado em nuvem para construtores de equipamentos, mais análise de sistema e empresarial.

Análises complementam sistemas MES e ERP, e ajudam fabricantes a aproveitar os dados crescentes fluindo de sensores conectados via IIoT. "Pessoas continuam a falar sobre Indústria 4.0 e Manufatura Inteligente", disse Todd Montpas, gerente de negócios, Software de Informação, Rockwell Automation. "O que eles realmente estão interessados é se a tecnologia tem extensões para desempenho de máquina, e o que eles realmente estão pedindo são todas aquelas capacidades no nível de execução — temos que garantir que eles tenham processos que funcionem."

Muitos clientes estão interessados em sistemas baseados em nuvem, ele adicionou, notando que alguns clientes principais estão se interessando pela nuvem Azure da Microsoft. "O que estamos tentando fazer é ter uma abordagem muito escalável, com execução escalável, mas construída em uma estratégia de análise escalável; colocando um sensor nele, você pode obter análises em tempo real que você faz no nível de máquina, e machine learning para prever falhas."

Na Hannover Messe, a GE Digital (Boston) em abril revelou sua nova solução MES Plant Applications visando aprimorar suas ofertas para indústrias de manufatura híbrida para processos de produção altamente automatizados. Esta nova versão oferece aos clientes uma nova interface de usuário, usando design UX avançado da GE, para melhor permitir que a equipe de operações analise eficácia do equipamento e identifique causas raiz de tempo de inatividade.

"Uma das coisas interessantes que vejo hoje é muitos clientes procurando 'ficar prontos' para IoT Industrial", disse Matthew Wells, vice-presidente, Gerenciamento de Produto Digital, GE Digital. "Está evoluindo mas está se estabelecendo em um conceito de nuvem híbrida. É MES com um grande E [enfatizando execução]; eles querem manter isso rodando on-premise. O que a IoT Industrial e a nuvem oferecem é uma maneira de complementar isso."

Tempos de resposta, e a necessidade de confiabilidade de 99%+ para operações de manufatura, mantiveram fabricantes longe de migrar para a nuvem, observou Wells. "99% de confiabilidade é suficiente? Muitos clientes não aceitarão esse risco para suas fábricas de manufatura", disse ele. "O que a nuvem realmente fornece é uma maneira de mergulhar mais fundo nos dados. Na nuvem você pode armazenar histórico e fazer machine learning. Quando você tem a nuvem, pode acessar grandes quantidades de dados, e isso aumenta a eficácia de suas análises."

Acessar múltiplos terabytes de dados a qualquer momento na nuvem permite que fabricantes aproveitem totalmente o Gêmeo Digital, adicionou Wells, que é a atração chave da IIoT. "O Gêmeo Digital é um conjunto de análises que basicamente modela o comportamento de máquinas que estão constantemente rodando em segundo plano, ajustando os dados", disse Wells. "É realmente onde o valor da IoT Industrial começa. É um mercado emergente que está crescendo rapidamente."