Evolução da Automação Industrial:Adotando Arquiteturas Abertas para Flexibilidade e Sustentabilidade

TL;DR:A Evolução das Arquiteturas de Automação Industrial

Os fabricantes estão migrando para arquiteturas abertas de automação industrial para melhorar a eficiência da flexibilidade e a sustentabilidade. Sistemas fechados tradicionais com código proprietário limitam a escalabilidade e a interoperabilidade.

A automação aberta baseada na IEC 61499 permite sistemas de controle independentes de hardware e integração perfeita de tecnologias antigas e novas. Isso oferece suporte ao desenvolvimento de software mais rápido, manutenção preditiva e acesso mais fácil aos dados. A automação universal permite que os fabricantes reduzam o tempo de inatividade, cortem custos e inovem com mais liberdade, enquanto a segurança cibernética e as arquiteturas de alta disponibilidade garantem resiliência para operações preparadas para o futuro.

À medida que os fabricantes industriais procuram alcançar mais com menos em 2025, as empresas estão a explorar arquiteturas de automação avançadas para equilibrar a eficiência operacional com responsabilidades de sustentabilidade mais amplas.

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Embora cada fabricante seja diferente e aproveite a digitalização para atingir objetivos individuais, existem certamente alguns objetivos partilhados aplicáveis a todo o setor. Nomeadamente, minimizar o tempo de inatividade, melhorar a eficiência operacional, reduzir o desperdício (em todas as formas) e contribuir para a jornada coletiva de sustentabilidade da produção.

Esses objetivos apresentam desafios que estão impulsionando mudanças na natureza dos sistemas de controle de Automação Industrial em direção a arquiteturas abertas em nível de Tecnologia Operacional (TO). Esta evolução pode agregar valor às empresas e às suas cadeias de abastecimento.

Então, o que tem impulsionado a necessidade de automação aberta? A necessidade de superar a desvantagem de que, embora as tecnologias proprietárias tradicionais funcionem bem individualmente, elas são bloqueadas e fechadas, com código que não é portável.

Não é viável para os fabricantes substituir imediatamente ativos críticos assim que uma versão mais avançada estiver disponível. Isso deixa o hardware legado instalado com software, comunicações e hardware personalizados, prendendo os usuários a um único fornecedor. Os fabricantes típicos com sistemas diferentes de vários fornecedores verão esse desafio ampliado à medida que avançam na transformação digital.

Muitos usuários finais exigirão uma reengenharia substancial do sistema de automação industrial (IA), pois o código escrito para ser executado em hardware legado não é portátil ou compatível com hardware de nova geração. Isto dificulta a transformação digital da indústria transformadora no Reino Unido, restringindo capacidades que irão melhorar a eficiência por detrás de grandes investimentos em custos e tempo.

A resposta é fazer a transição para a automação aberta, como é comumente visto no mundo da TI. Os fabricantes estão exigindo sistemas centrados em software e independentes de hardware, para que o código do aplicativo seja portátil para ser executado em uma ampla variedade de hardware de qualquer fornecedor. Isso abre a comunicação entre diferentes máquinas, dispositivos e sensores, permitindo que os operadores trabalhem com mais eficiência e obtenham mais com menos.

Isto pode ser alcançado através da adoção do padrão de automação universal IEC 61499, que é um facilitador de tecnologia que define como projetar aplicações distribuídas usando componentes de software “plug and produz” independentes do hardware em que são executados.

O padrão está sendo liderado por uma comunidade de usuários de automação, fornecedores de tecnologia e acadêmicos que desejam mudar o jogo da automação por meio da organização sem fins lucrativos Universal Automation.Org.

Engenheiros de fábrica, integradores de sistemas, OEMs ou qualquer pessoa envolvida na cadeia de fornecimento de fabricação, que projetam, vinculam e dão suporte a sistemas legados, podem reduzir os enormes gastos associados à manutenção de ativos individuais, ao mesmo tempo que estabelecem um caminho para a melhoria contínua.

Por exemplo, num setor industrial maduro, como o da produção de alimentos e bebidas, é comum ver uma combinação de ativos novos e legados. Um desafio para os processadores de alimentos é que os consumidores baseiam as suas decisões de compra em múltiplos factores, procurando sempre o próximo produto ou sabor no sector em rápida evolução.

Os fabricantes precisam de ser flexíveis e escaláveis para responder às necessidades do mercado, mas isto pode parecer impossível quando se luta contra sistemas proprietários. A automação aberta permite esse nível de flexibilidade com menos tempo gasto em tarefas que não agregam valor e mais tempo inovando.
“A evolução das arquiteturas de automação está conduzindo os fabricantes em direção a sistemas abertos e centrados em software que permitem flexibilidade, eficiência e sustentabilidade.”
Este exemplo pode ser aplicado a fabricantes de qualquer dimensão, produzindo qualquer produto, como mostra o nosso recente artigo de investigação intitulado “Uma comparação quantitativa da automação industrial digitalizada”. Isto abrange os resultados de testes de campo que mostram que a engenharia de software pode ser entregue três vezes mais rápido através da automação aberta para estratégias de produção padrão, aumentando ativamente a flexibilidade. 

Os sistemas de automação industrial atualmente em operação na indústria do Reino Unido foram frequentemente implementados há décadas. Eles estão agora impedindo os fabricantes de concretizarem todo o potencial da transformação digital e dos avanços nas tecnologias e no poder da computação. A busca por plataformas independentes de hardware apresenta uma oportunidade de usar PCs industrializados para executar códigos de aplicativos operacionais.

Este desenvolvimento permite a adoção de soft PLCs ou controladores Edge, o que alimenta ainda mais a convergência de TI e TO. No entanto, mesmo com os fabricantes a investir em tecnologias de computação de ponta para lidar com a carga de recolha, análise e comunicação de dados, os benefícios serão limitados sem uma abordagem de automação aberta que possa lidar com dados numa única plataforma agnóstica.

Digitalização de Arquiteturas de Automação Industrial

Em toda a indústria, podemos observar uma ampla adoção de tecnologias IIoT (Internet Industrial das Coisas), que oferecem uma melhoria imediata para os fabricantes, mas, em última análise, muitos são impedidos de realizar o verdadeiro potencial devido à incapacidade de se comprometerem totalmente com a automação.

Por exemplo, adicionar um sensor a um ativo legado para coleta de dados em tempo real reduzirá o tempo de inatividade ao oferecer suporte à manutenção proativa, mas será limitado sem interoperabilidade.

O compartilhamento dos mesmos dados do sensor por meio de uma plataforma de automação aberta amplia a capacidade de manutenção proativa por meio do acesso a dados de todas as fontes da instalação, novas e antigas. O fabricante pode usar esse thread digital único para tomar decisões de negócios informadas para melhorar o tempo de atividade, a manutenção e o consumo de energia sem o investimento dispendioso de novos ativos críticos.

Liberar o fluxo de dados em uma instalação de fabricação impulsionou a implantação de mais dispositivos na borda da rede. Isso fornece poder de processamento próximo aos ativos para criar uma arquitetura distribuída que oferece maior resiliência, disponibilidade e capacidade de manutenção.

Em comparação, as grandes arquiteturas tradicionais de controle centralizado são menos capazes de lidar com a complexidade dos processos de fabricação modernos, especialmente porque essas empresas buscam escalar e permanecer flexíveis.

Isto criou uma demanda crescente por E/S física que deve estar preparada para o futuro orientado por dados. Uma oferta de E/S pronta para o futuro oferece suporte à automação universal usando protocolos Ethernet abertos para fornecer conectividade a uma variedade de dispositivos e arquiteturas para melhor desempenho e disponibilidade.

Isto não só oferecerá vantagens a curto prazo, como também cumprirá a promessa de automação universal ao criar uma estrutura unificada para toda a automação, o que significa que as arquiteturas criadas hoje podem evoluir com tecnologias futuras, capacitando mais uma vez os fabricantes a explorar livremente qualquer elemento da transformação digital.

Segurança cibernética para Arquiteturas de Automação Industrial

Qualquer atividade industrial que dependa da conectividade de dados sempre trará uma preocupação de segurança cibernética e isso não está reservado apenas para infraestruturas críticas. Empresas de todos os tamanhos são cada vez mais visadas e, à medida que os fabricantes se tornam parte de cadeias de abastecimento mais complexas, a superfície de ataque aumenta.

Assim como a automação universal é abrangente, a segurança cibernética também deve ser, com uma estratégia que integre pessoas, tecnologia e operações. Só porque o fluxo de dados foi aberto não significa que devam existir lacunas na proteção de dados, mesmo com ativos legados que possam ter sistemas de controlo exploráveis.

Isto impulsionou a necessidade de soluções certificadas pela norma de segurança cibernética IEC62443 para salvaguardar potenciais vulnerabilidades em sistemas industriais, ao mesmo tempo que fornece orientações claras sobre as responsabilidades de todos os níveis.

Perceber o potencial da automação universal e da transformação digital significa que a segurança cibernética deve ser considerada além dos processos e procedimentos para abranger cada ativo ou produto adicionado à rede.

Ao descentralizar e adotar recursos avançados, os fabricantes verão uma troca de dados segura que reduz o risco e melhora a resiliência geral, mesmo quando os ataques cibernéticos se tornam mais complexos. Isto é essencial para os fabricantes que desejam ver os benefícios da automação universal com riscos minimizados, sempre considerando as necessidades do futuro e, ao mesmo tempo, obtendo benefícios imediatos.
“As arquiteturas de automação abertas desbloqueiam a interoperabilidade, permitindo que os fabricantes integrem perfeitamente tecnologias legadas e novas para obter maior eficiência e inovação.”

Arquitetura de alta disponibilidade

O tempo de inatividade não programado representa um custo enorme para fabricantes de todos os tamanhos. O relatório Performance in Focus 2024 mostra que o custo médio por hora do tempo de inatividade é de £ 5.471,95, impulsionando a necessidade de manutenção preditiva e a automação aberta que a possibilita.

Para enfrentar esse desafio e facilitar arquiteturas de alta disponibilidade onde o tempo de inatividade não pode ser tolerado, os fabricantes podem usar uma combinação de tecnologias, como processadores hot-standby, switches redundantes, E/S redundantes, fontes de alimentação redundantes, troca a quente de módulos, diagnóstico integrado Change-Config-On-The-Fly (CCOFT), Fast Device Replacement (FDR) e topologia de rede em anel.

Futuro das arquiteturas de automação industrial

A automação aberta e universal representa o futuro das arquiteturas industriais, apoiando os fabricantes à medida que procuram alcançar mais com menos em 2025. A abordagem preparada para o futuro permite que instalações de todos os tamanhos e especialidades inovem e otimizem continuamente, indo muito além das implementações de tecnologia única e concretizando todo o potencial da transformação digital. A automação universal está a desempenhar um papel cada vez mais importante na produção do Reino Unido, à medida que continua a digitalizar as suas operações para competir à escala global.   

Perguntas frequentes:arquiteturas de automação industrial

O que está impulsionando a mudança para a automação aberta?
Os fabricantes precisam de sistemas interoperáveis flexíveis que não estejam presos a um único fornecedor

O que é IEC 61499?
Um padrão que permite componentes de software plug-and-produz independentes de hardware específico

Como a automação aberta ajuda a transformação digital?
Ele permite que sistemas legados e novos se conectem, permitindo atualizações mais rápidas e maior inovação

Quais são os benefícios para os fabricantes?
Tempo de inatividade reduzido, desenvolvimento de software mais rápido, melhor escalabilidade e maior eficiência

Por que a arquitetura independente de hardware é importante?
Ele permite que o mesmo código de aplicação seja executado em diferentes dispositivos, melhorando a flexibilidade e reduzindo custos

O que é automação universal?
Um movimento que promove sistemas de automação abertos e interoperáveis, impulsionados por uma comunidade global de usuários e fornecedores

Como a automação aberta oferece suporte à manutenção preditiva?
Ele desbloqueia dados em tempo real de todos os dispositivos, permitindo decisões de manutenção proativas

Como os fabricantes podem garantir a segurança cibernética em sistemas abertos?
Ao adotar tecnologias certificadas pela IEC 62443 e construir estratégias de segurança cibernética de ponta a ponta em processos e ativos de pessoas

Qual é o papel da computação de ponta nas arquiteturas modernas?
Ele processa dados próximos aos ativos, melhorando a resiliência da velocidade e reduzindo a dependência de sistemas centralizados

Como a automação aberta afeta os custos de tempo de inatividade?
Ele permite arquiteturas de alta disponibilidade e estratégias preditivas para minimizar dispendiosos tempos de inatividade não planejados