Inteligência de Fábrica em Evolução: Da Especialização Humana à Automação Inteligente

Fábricas inteligentes existem desde o início histórico da manufatura, mas a inteligência — definida como a aquisição e aplicação de conhecimento de manufatura — residia apenas com a equipe da fábrica.

Com o advento de tecnologias de controle numérico (NC) e depois controle numérico computadorizado (CNC), máquinas de fábrica ganharam capacidades digitais de I/O mas ainda não eram inteligentes. Máquinas digitalmente habilitadas, embora cada vez mais produtivas, não tinham consciência de si mesmas, seu ambiente, ou as tarefas sendo realizadas ou a serem realizadas.

Apesar dessas limitações, inteligência de fábrica centralizada foi alcançada em escalas modestas através de um conjunto determinístico de baixo nível de comandos e respostas digitais. Um experimento em inteligência de fábrica centralizada em larga escala foi o Protocolo de Automação de Manufatura (MAP) de 1982 da General Motors, operando sobre protocolo de rede token bus (IEEE 802.4). O experimento de inteligência de fábrica habilitado para MAP terminou em 2004 pois era difícil manter confiabilidade operacional.

Uma das razões mais importantes foi falta de resiliência do sistema, uma desvantagem de padrões e protocolos de comunicação de fábrica determinísticos requeridos. Outra razão foi que máquinas conectadas não podiam continuar operando em nenhum nível quando instruções não eram fornecidas por um sistema central.

Uma analogia pode ser feita à infraestrutura mainframe-para-terminal que se tornou obsoleta nos anos 1990 com o desenvolvimento do PC e computação distribuída. Várias mudanças significativas habilitaram o desenvolvimento de máquinas inteligentes para a fábrica inteligente. A primeira é a extensão da infraestubura ubiquitária de LAN Ethernet de TI para o chão de fábrica, permitindo downloads rápidos 3D de definição baseada em modelo (MBD), e uploads de dados de processo e produto.

Segundamente, gêmeos digitais de hoje são inteligentes no sentido de que possuem consciência não apenas de suas capacidades e status operacional, mas de trabalho que pode ser realizado em qualquer MBD particular. Dessa maneira, máquinas inteligentes podem licitar tarefas, muito como seus parceiros humanos. O gêmeo digital de uma máquina inteligente não precisa de instruções determinísticas de baixo nível, mas em vez disso responde a um MBD submetido, e, se selecionado, faz trabalho real com sua contraparte física.

Por fim, três tecnologias centrais padronizadas — HTML, CSS e JavaScript — são reconhecidas como habilitadoras da adoção generalizada da Internet e o surgimento de sistemas globais inteligentes. É previsto que tecnologias centrais padronizadas similares habilitarão a Internet Industrial e inteligência de fábrica em manufatura discreta. Padrões líderes da Internet Industrial incluem STEP (ISO 10360) para definições baseadas em modelo, MTConnect para dados de processo, e Quality Information Framework (QIF) para dados de produto.

STEP carrega a maioria, senão toda, a intenção de design como modelo semântico 3D em formato não-proprietário derivado do modelo mestre nativo de um sistema CAD. MTConnect permite equipamentos de manufatura assistida por computador consumir e produzir dados de processo estruturados e contextualizados usando formato não-proprietário.

QIF permite equipamentos de medição assistidos por computador consumir e produzir dados estruturados e contextualizados usando formato similar não-proprietário. Todos os três padrões e suas implementações iniciais estão progredindo nas métricas de prontidão de manufatura.