INTRODUÇÃO

A integração de sistemas de terceiros de chão-de-fábrica com o SAP R/3 e mySAP Enterprise Resource Planning (ERP) podem ser extremamente complexo. A utilização de padrões como o B2MML ajuda bastante, embora muitas pessoas ainda subestimem este trabalho. Soluções de sucesso precisam ter flexibilidade para atender uma variação quase infinita nos requisitos e cenários que serão encontrados no mundo SAP.

O QUE É B2MML?

B2MML ou Business To Manufacturing Markup Language é uma implementação XML do padrão ANSI/ISA 95, conhecido internacionalmente como IEC/ISO 62264. B2MML consiste de um conjunto de “schemas” do XML escrito usando o consórcio World Wide Web schema language (XSD) que implementa o modelo no padrão ISA-95.

B2MML é uma maneira de uniformizar o formato de dados trocados entre o ERP e os sistemas de manufatura e MES.

ISA-95

ISA-95 é o padrão internacional de integração entre ERPs e sistemas de controle. ISA-95 consiste de modelos e terminologias. Estes podem ser utilizados para determinar quais informações precisam ser trocadas entre sistemas para vendas, finanças e logística e sistemas de produção, manutenção e qualidade. Estas informações são estruturadas em modelos UML, que são a base para o desenvolvimento de interfaces padrões entre o ERP e sistemas MES. O padrão ISA-95 pode ser utilizado por exemplo, como um guia para a definição dos requisitos do usuário, para a seleção dos fornecedores de MES e como uma base para o desenvolvimento de sistemas MES.

UM EXEMPLO REAL

Como exemplo real, imaginemos que tenhamos que integrar um sistema MES de um fornecedor com o SAP utilizando uma interface usando o B2MML. A idéia seria criar um conjunto de interfaces com o SAP que atenda a maioria dos requisitos dos clientes.

O conjunto de interfaces com o SAP utilizam serviços web para passar conteúdo padrão para/de o sistema SAP. A aplicação é baseada no modelo ISA-95 e no Business To Manufacturing Markup Language (B2MML).

PRODUCTION MANAGEMENT

As funções básicas da interface com o gerenciamento de produção são:

1. Enviar schedules de produção do sistema ERP para o sistema MES;
2. Enviar dados de performance da produção do MES para o sistema ERP.

As interfaces trabalham com os módulos do SAP PP ou PP-PI, embora um dos dois seja utilizado em uma aplicação específica. Ambos os dados de roteamento do módulo PP e BOM (Bill of Material) assim como as informações da receita de controle do módulo PP-PI são mapeados no schedule de produção XML do ISA-95/B2MML. Isto possibilita um sistema único, baseado em padrões do lado do sistema de controle da interface.

Asset Management

O conjunto de funções presentes na interface com o módulo de gerenciamento de ativos são:

1. O MES carrega a lista de equipamentos do módulo PM do SAP;
   › O módulo PM do SAP contém uma lista máster dos equipamentos que serão verificados para efeito de manutenção. Um subconjunto da lista máster é carregada para o MES sob demanda.
2. O MES envia dados de “runtime” de equipamentos para o módulo PM do SAP;
   › Dados de performance dos equipamentos são acumulados pelo MES e periodicamente enviados para o módulo PM do SAP.
3. O MES envia ao módulo PM do SAP uma requisição para iniciar uma ordem de manutenção;
   › O MES pode enviar uma requisição de manutenção em um equipamento para o módulo PM do SAP que cria uma notificação de manutenção. Os usuários finais do módulo PM podem então autorizar a manutenção criando uma ordem de trabalho ou proibir a requisição, causando a finalização da notificação.
4. O módulo PM do SAP envia uma ordem de trabalho com informações ao MES de mudanças no status da ordem de manutenção;
   › O SAP envia dados da ordem de trabalho da manutenção para o MES quando ocorre uma mudança no status da ordem de trabalho.
5. O módulo PM do SAP envia uma resposta de ordem de trabalho para as ordens de manutenção finalizadas para o MES.
   › O SAP envia informações sobre notificações de manutenção completadas quando uma ordem de trabalho é fechada no módulo PM.

Inventory Management

O conjunto de funções presentes na interface com o módulo de gerenciamento de inventário são:

1. O MES carrega dados da lista mestre de materiais do módulo MM do SAP;
   › A lista mestre de materiais é carregada no MES para permitir que o sistema de manufatura inclua informações como os custos em displays em tempo real.
2. O MES carrega dados de inventário no módulo MM do SAP
   › O MES pode enviar periodicamente informações de inventário ao módulo MM do SAP.
3. O MES carrega características do batch no módulo MM do SAP
   › Quando o material é gerenciado em forma de bateladas em um sistema SAP, é sempre necessário para o sistema MES enviar ao módulo MM dados característicos do batch (eg. Data de validade, range de operação) para lotes de materiais e associar estes dados a “ID” de batchs.

Quality Management

O conjunto de funções presentes na interface com o módulo de gerenciamento de qualidade são:

1. O módulo QM do SAP carrega informações de inspeção de lotes para o MES;
   › O MES recebe mensagens de inspeção de lotes do módulo QM do SAP. Estas mensagens contém as informações dos lotes que requerem inspeção bem como os requisitos para cada lote.
2. O MES informa os resultados dos pontos de inspeção ao módulo QM do SAP
   › Utilizando as informações de inspeção de lote carregadas pelo módulo QM do SAP, o MES pode enviar resultados de testes de qualidade para lotes específicos para o módulo QM.

Estas informações podem envolver o uso de análises de laboratório e/ou uso de analisadores na linha.

B2MML

Uma vez que o B2MML tenha sido escolhido como o formato de dados, alguém ainda tem que manipular o mapeamento, roteamento e lógica de negócios entre os sistemas que estão trocando dados. Então, a melhor solução de interface precisa não só suportar B2MML, mas também precisa ser flexível e fácil de modificar, pois cada nova necessidade precisará de novas mudanças.

LADO DO SAP

O SAP é um sistema extremamente sofisticado, baseado em configurações de aplicações de negócios, nunca é “plug-and-play”, ao contrário, é um sistema altamente customizável para atender as características únicas do cliente final.

Deve-se levar em conta ainda as diferentes versões do SAP. As verões ainda mais utilizadas incluem 4.0B, 4.5B, 4.6C e 4.7. Atualmente temos ainda as versões mySAP ECC 5.0 e ECC 6.0.

Além da versão utilizada do SAP tem que se levar em conta qual o melhor método de conectividade a ser utilizado neste cliente. O SAP suporta um grande número métodos de conexões nativas, incluindo Idoc, RFC/BAPI, NetWeaver/XI e mais recentemente NetWeaver/xMII.

Além da versão utilizada do SAP e do método de conexão utilizada, também deve ser levado em conta as diferenças entre os módulos utilizados no cliente. SAP PP (Production, Planning and Control) é diferente do SAP PP-PI (Production Planning for Process Industries).

LADO DO MES

Do lado do MES, o sistema deve suportar conexão não só com o SAP mas também com aplicações Oracle e outros ERPs por exemplo. Seria interessante ter os mesmos mecanismos básicos de conexão que foram utilizados com o SAP. Portanto a interface ideal deveria ser facilmente adaptável a outros formatos de comunicação.

Em outras palavras, a aplicação MES deve fornecer uma interface consistente baseada em padrões ao mundo externo de forma que possa tratar da mesma forma independentemente do que esteja sendo conectado.

CONCLUSÃO

A indústria em geral possui hoje uma demanda para fornecedores que possam oferecer uma solução para integração com o SAP baseada em padrões de mercado. Muitas pessoas subestimam as complexidades inerentes de fornecer integração bidirecional de dados em tempo real de processo entre dois sistemas sofisticados como o SAP e o MES. Os fornecedores devem fornecer uma solução certificada pela SAP que seja flexível o bastante para preencher a quase infinita variação em requisitos e cenários que devem ser encontrados no mundo SAP.

É importante que o cliente final e o integrador tenham consciência desta complexidade para que consigam enxergar esta tarefa de integração com o SAP como ela realmente é: Altamente compensadora, mas cheia de nuances e detalhes.

REFERÊNCIAS

ISA
http://www.isa-95.com

WBF
http://www.wbf.org

ARC Advisory Group
http://www.arcweb.com/ARCConcepts/default.aspx

INFORMAÇÕES

Para maiores informações sobre o assunto, favor entrar em contato com Samarone Guimarães Ruas.

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A possibilidade de empregar uma solução que permitisse realizar melhorias significativas no desempenho operacional de forma gradativa e escalável, sem a necessidade de substituição da sua atual infra-estrutura foi um dos fatores determinantes na escolha do Proficy Production Management pelo cliente para o seu gerenciamento de produção.

Flexibilidade, Confiabilidade e Segurança são fatores determinantes no sucesso ou fracasso no gerenciamento de processos de produção de uma empresa: Ao fazer a decisão pesou a experiência e a sólida relação de parceria entre este grande cliente e a Techplus Automação, solution provider GE, no desenvolvimento de soluções MES para indústrias.

O Proficy Plant Aplicantions e uma solução robusta e de alta performance que permite:

• Identificar e otimizar áreas com ineficiências operacionais;
• Melhoria da qualidade e consistência dos produtos e processos;
• Melhoria da eficiência operacional pelo ganho de conhecimento e controle sobre as operações deprodução em tempo-real;
• Gerenciamento de operações de produção em tempo real através de completo conjunto de relatórios;
• Aumento de receitas com base no pronto atendimento das demandas do cliente e na conformidade com regulamentações através de relatórios de genealogia dos produtos;

MODELAGEM DE PLANTA

Como premissa básica o Proficy Plant Applications é um software que permite um alto grau de configuração, e baseado em sua modelagem de dados permite ao time de implementação uma adequada produtividade em sua implementação.

O sistema, além das suas interfaces para cadastramento de dados, habilita igualmente a possibilidade de realizar a importação de dados de outros sistemas legados e sistemas de gestão ERP, permitindo desta forma, a centralização das atualizações de Dados-Mestres (Master Data), podendo assim ser gerada uma estratégia de atualização de dados para evitar problemas de assincronia de informações.

GERENCIAMENTO DA PRODUÇÃO – PRODUCTION DASHBOARD (PLANT APPLICATIONS)

O sistema é capaz de disponibilizar ao usuário uma visão geral das diversas áreas (Físicas e Funcionais) a serem monitoradas com base em uma interface amigável proporcionando o primeiro nível de informações gerenciais com a visibilidade dos principais índices e indicadores.

Partindo da interface gerencial do Dashboard o usuário é capaz de navegar intuitivamente pelos diversos módulos do Plant Applications, e de acordo com a modelagem de dados na qual o produto é fundamentado poderá atingir um elevado grau de detalhamento da informação (drill-down) permitindo decompor a informação, além dos critérios básicos de Data e Hora, até os seguintes níveis:

GERENCIAMENTO DE DESEMPENHO E EFICIÊNCIA – PLANT APPLICATIONS EFFICIENCY

O módulo Efficiency Management permite monitorar e controlar a OEE, fornecendo uma visão completa dos fatores, como tempo de inatividade de equipamentos e perdas da produção, bem como quantidades produzidas e seqüências de eventos.

O Cálculo dos índices de OEE, serão efetuados com base em sua formulação padrão, relacionadas aos indicadores de:

• DISPONIBILIDADE;
• PERFORMANCE;
• QUALIDADE.

ARQUITETURA DO SISTEMA

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“Adequação a norma S-88 e 21 CFR part 11 foram fatores decisivos na escolha do software batch para este grande cliente”.

Atentos aos benefícios trazidos pela utilização da norma ANSI/ISA-S88, o cliente buscou uma solução que permitisse a redução de custos na automação de seu processo batch na unidade produtora no estado de São Paulo, e que viabilizasse a criação de uma estrutura sólida para utilização em outras companhias do grupo.

Flexibilidade, Confiabilidade e Segurança são fatores determinantes no sucesso ou fracasso no gerenciamento de processos de bateladas de uma empresa: Ao fazer a decisão pesou a experiência e a sólida relação de parceria entre o cliente e a Techplus Automação, solution provider GE e Rockwell, no desenvolvimento de soluções Batch para indústrias químicas.

A ANSI/ISA-S88 carrega a habilidade de separar o desenvolvimento de receitas e a parte de controle dos equipamentos. Através da S88 é possível dividir uma simples unidade em um grupo de “equipament modules” que representam todas funcionalidades possíveis para um dado grupo de dispositivos (bombas, válvulas, módulos de pesagens, etc…) Um bom exemplo de “equipament module” é um tanque com suas respectivas válvulas de adição, descarga, transmissores de pressão, temperatura etc…Cada tarefa realizada por um “equipament module” recebe o nome de “phase”. Por exemplo: “Adição de água no tanque”. Desta maneira, através da ANSI/ISA-S88 é possível modelar um processo em um conjunto de “equipament modules” com suas respectivas “phases”.

O objetivo para desenvolver sua estratégia de upgrade do sistema de automação baseado na norma ANSI/ISA-S88 é aumentar a confiabilidade do sistema a partir de uma estrutura robusta e padronizada, que garanta o aumento de produtividade, flexibilidade, escalabilidade da planta, maximizando a utilização dos recursos disponíveis sem comprometer a qualidade e rastreabilidade de seus produtos.

A migração do sistema foi realizada em dois pontos: a substituição da CPU do controlador lógico programável e a troca do software de gerenciamento de bateladas. O CLP PLC-5 foi substituído pelo Contrologix e, na camada superior de gerenciamento de bateladas, foi substituído o atual Openbatch por um software de batelada que atendesse as normas S-88.

O software Batch foi instalado em um servidor específico e standalone que está em comunicação com um servidor de banco de dados MS-SQL 7.0 onde todas as informações da produção são armazenadas, das quais podemos citar: quantidades reais dosadas, temperatura e tempo de cada fase da receita. Esta interface entre o Batch o banco de dados foi conseguida graças ao uso do módulo Archiver disponível no Batch. Esta funcionalidade permite selecionar e filtrar os dados que devem ser gravados no banco de dados para cada batch produzido em modo on-line. A partir deste banco de dados estas informações são disponibilizadas a camada corporativa da empresa utilizando o software de MES da Techplus. Através deste software é possível consultar via web todos batchs produzidos com uma vasta gama de recursos de filtro e análise de dados. O Servidor do Batch também está em comunicação com duas estações vista, onde os operadores irão disparar as ordens de produção, fazer o acompanhamento on-line da produção, criar novas receitas, assinaturas eletrônicas e reconhecimento de alarmes durante a produção.

A velocidade do desenvolvimento foi impulsionada pela integração total entre o Batch e o CLP Contrologix, da Rockwell Automation. Sem a necessidade de criação de PLI e com um simples comando no Batch estava garantida a sincronização entre o software Batch e o código de programação do CLP.

Do ponto de vista da padronização o Batch segue rigorosamente as definições da norma e disponibiliza um padrão pronto para desenvolvimento do código no CLP: toda estrutura de fases modelada no Batch é automaticamente criada no CLP. Basta criar sobre esta estrutura todos intertravamentos e controles individuais de cada fases. Esta abordagem garante um fácil entendimento por todos os envolvidos no projeto e principalmente para manutenção futura. Com sua característica bem estruturada em todos os níveis, esta padronização reduz drasticamente a engenharia de software do projeto, permitindo que novos equipamentos, fases de operação, e ampliações sejam incorporados ao sistema sem necessidade de redefinição de todos projeto e alteração do código existente. Os equipamentos e fases podem ser testados de modo isolado, o que garantem o funcionamento independente, porém integrado, cabendo apenas ao Batch gerenciar a utilização dos recursos. Isto inclui quando compartilhados por outras unidades (“arbitragem”). Esta interoperabilidade garante a otimização na utilização dos equipamentos com segurança e reduzem drasticamente o período de testes de plataforma e conseqüentemente startup do sistema, uma vez que os “erros estão isolados”.

Outra e podemos considerar umas das principais vantagens obtidas é a flexibilidade da planta, alcançada através da ferramenta para desenvolvimento de “receitas” (Recipe Editor). Após a determinação das unidades, equipamentos e módulos de controle da célula de processo, o funcionamento de todo o conjunto é especificado através do gerenciador de receitas conforme a especificação da norma. Utilizando a linguagem SFC (Sequential Function Chart) as receitas são criadas e permitem tirar o máximo proveito da planta com a customização dos procedimentos e formas de operação; fases podem ser adicionadas ou retiradas, condições de transição entre operações modificadas conforme a necessidade.

Segurança foi outro requisito de grande peso neste projeto: a utilização de assinatura eletrônica em decisões críticas do processo foi a solução para este caso. Atendendo rigorosamente a norma 21 CFR part 11, através do Batch é possível assegurar todos registros de eventos e ações críticas realizadas no sistema, além de categorizar o sistema com níveis hierárquicos. Registros podem ser acompanhados on-line com a produção e decisões críticas podem exigir assinatura eletrônica do responsável pela decisão.

A flexibilidade da planta garantiu à engenharia de produtos e qualidade a redução do tempo de ciclo de desenvolvimento de novos produtos uma vez que alterações podem ser realizadas mais rápidas, durante a produção sem a necessidade de programação de paradas e os resultados refletem as capacidades reais da planta.

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Projeto: Processo de Fabricação Grânulos para Fundição Contínua.

Empresa: Stollberg do Brasil

Local: Guaratingueta – SP

Natureza: Indústria Química

ESPECIFICIDADE

O sistema deverá controlar a dosagem de ingredientes para a fabricação de grânulos para fundição contínua com precisão através de receitas com parâmetros de tempo para obtenção de um produto de qualidade com o mínimo de perdas.

ESCOPO

É fornecido um sistema com controle através de receitas que possibilitem a dosagem correta dos ingredientes no tempo necessário com o mínimo de erros de dosagem.

PRAZO

Foi feita a implementação do sistema com um prazo duas semanas para documentação, cinco semanas para o projeto, uma semana para TAF e quatro semanas para START-UP.

DADOS CARACTERÍSTICOS

PROCESSO

O processo de fabricação de grânulos para fundição contínua com dosagem automática de ingredientes e parametrização de tempos é feito através da dosagem dos ingredientes em um Hopper que posteriormente são enviados para um misturador e adicionado líquidos para a formulação da lama. Após isso, a lama é transportada a um Tanque Pulmão, que através de uma bomba hidráulica envia o produto para um Spray Dryer, produzindo os grânulos. Estes grânulos são resfriados e depositados em silos de armazenamento. Na área da embalagem os grânulos são empacotados e paletizados.

SISTEMA DE AUTOMAÇÃO

Sistema com controle por tempo e correção automática de erros na dosagem, preparação de matérias-primas para dosagem no processo e sistema de formulação, com armazenamento de fórmulas.

COMPLEXIDADE DA LÓGICA DE CONTROLE

Foram desenvolvidas lógicas para o controle das dosagens seguindo padrões utilizados pela TECHPLUS. As CPU do PLC comunica pela rede Profibus trocando inúmeras informações com balanças e IHM’s e em rede Ethernet com o sistema de supervisão.

CONFIGURAÇÃO DE HARDWARE E SOFTWARE

A parte de software é composta por um sistema de supervisão (FIX Dynamics) que se utiliza o Driver SIMATIC NET para a comunicação com o PLC através de uma rede Ethernet. São três Estações que controlam em redundância todo o processo da fábrica.

O hardware é composto por um PLC SIEMENS, com uma CPU PLC 316-2DP de 128 kbytes de memória, que interage através da rede Profibus com quatro módulos de pesagem Phanter da Toledo e quatro IHM’s DAKOL.

DESCRIÇÃO DE PONTOS E REMOTAS

O sistema se utiliza de 576 pontos envolvendo entradas e saídas digitais e 28 analógicos, para controle de acionamento e desacionamento de válvulas e motores, e controle de temperatura, vazão, pressão e peso.

METODOLOGIA DE IMPLEMENTAÇÃO

Foram implantados os sistemas de dosagem e adição, formulação, secagem e embalagem posterior de acordo com o projeto. Cada um foi testado em separado e em conjunto com o restante do sistema.

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Inovação tecnológica para sistemas Batch conforme a norma S88

“A principal exigência da Nestlé Purina para automação de sua unidade na Venezuela foi a utilização à risca da norma S88. A solução encontrada: RSBizWare Batch”

Atentos aos benefícios trazidos pela utilização da norma ANSI/ISA-S88, a Nestlé Purina buscou uma solução que permitisse a redução de custos na automação de seu processo batch na unidade produtora de alimentos para animais de Turmero, Venezuela e que viabilizasse a criação de uma estrutura sólida para utilização em outras companhias do grupo.

Ao fazer a decisão pesou a experiência e a sólida relação de parceria mundial existente entre Nestlé e Rockwell Automation no fornecimento de produtos, serviços e assistência técnica, além da experiência da Techplus Automação, solution provider Rockwell, no desenvolvimento de soluções Batch para indústrias alimentícias.

O desafio foi o pioneirismo na utilização da solução RSBizWare Batch na América Latina, que foi minimizado pelo esforço conjunto da Techplus e Rockwell Automation do Brasil.

O objetivo para desenvolver sua estratégia de automação da manufatura baseado na norma ANSI/ISA-S88 é reduzir o ciclo de desenvolvimento da aplicação, a partir de uma estrutura robusta e padronizada que garanta o aumento de produtividade, flexibilidade e escalabilidade da planta maximizando a utilização dos recursos disponíveis sem comprometer a qualidade e rastreabilidade de seus produtos. A utilização da norma garante o cumprimento de todas exigências e garantiu o retorno sobre investimento da automação em um tempo menor que o esperado.

Preocupada também em posicionar o chão-de-fábrica como parte integrante e ferramenta competitiva para sua base de negócios em uma estratégia colaborativa, outro ponto exigido pela empresa era uma solução de mercado que não fosse dependente de produtos e serviços exclusivos do fornecedor, ou seja pudesse ser integrável por softwares terceiros. O RSBatch atinge todas essas necessidades.

A arquitetura utilizada foi o CLP SLC-552 em rede ethernet.TCP/IP com o supervisório e para I/O distribuído foi utilizado a rede DeviceNet. O software HMI utilizado foi o RSView32, por sua arquitetura distribuída que aumenta sua escalabilidade o RsBatch foi instalado em um servidor específico e standalone onde além do software servidor do batch também centraliza em um banco de dados MS-SQL 7.0 todas as informações da automação.

Evitando um tempo maior de aprendizagem do produto e facilitando o manuseio da aplicação pelos operadores a interface do RSBatch foi implementada diretamente no software MES através de controles ActiveX e pela API disponível com o produto, sem a perda de qualquer funcionalidade e uso de código proprietário. Desta forma a aplicação ficou totalmente integrada. A redução do número de ambientes envolvidos garantiu a potencialização dos recursos disponíveis permitindo a inclusão de funcionalidades como planejamento e controle de produção, controle de estoque de matérias-primas, gerenciamento dinâmico de silos, rastreabilidade de lotes dentre outras. Embora a Rockwell também possua soluções que abrangem esta área como o “Material Track” e o “Batch Campaign”.

Do ponto de vista da padronização o RSBatch segue rigorosamente as definições da norma e disponibiliza um padrão para desenvolvimento do código e utilização dos endereços no CLP através da PLI (Program Logic Interface). Esta abordagem garante um fácil entendimento por todos envolvidos no projeto e principalmente para manutenção futura. Com sua característica bem estruturada a PLI aumenta muito a engenharia de software do projeto e reduz o custo total de propriedade permitindo que novos equipamentos, fases de operação, e ampliações sejam incorporados ao sistema sem necessidade de redefinição de todos projeto e alteração do código existente. Os equipamentos e fases podem ser testados de modos isolados o que garantem o funcionamento independente, porém integrado cabendo apenas ao Batch Server gerenciar a utilização dos recursos inclusive quando compartilhados por outras unidades (“arbitragem”). Esta interoperabilidade garante a otimização na utilização dos equipamentos com segurança e reduziram drasticamente o tempo de startup do sistema uma vez que os “erros estão isolados”.A facilidade de manutenção e ampliação futura foi um fator decisivo na escolha do software.

Outra e podemos considerar umas das principais vantagens obtidas é a flexibilidade da planta, alcançada através da interface para desenvolvimento de “receitas” (Batch Recipe Editor). Após a determinação das unidades, equipamentos e módulos de controle da célula de processo o funcionamento de todo o conjunto é especificado através do gerenciador de receitas conforme a especificação da norma. Utilizando a linguagem SFC (Sequential Function Chart) as receitas são criadas e permitem tirar o máximo proveito da planta com a customização dos procedimentos e formas de operação; fases podem ser adicionadas ou retiradas, condições de transição entre operações modificadas conforme a necessidade. A partir do uso de parâmetros dinâmicos permitidos nas receitas foi possível integrar o sistema de gerenciamento de fórmulas do MES a partir da receita mestre, o que otimizou ainda mais o processo de startup de novos batchs quando estes parâmetros não devem ser imputados novamente no sistema e são consistidos automaticamente com a capabilidade dos recursos da planta evitando possibilidades de falhas e interrupções no processo por falta de matéria-prima. A complexidade das receitas e seus detalhes são omitidos do operador que podem agora se concentrar em outras tarefas que garantam a melhoria contínua do processo.

Os resultados e as mudanças drásticas na forma de operação foram perceptíveis rapidamente. Uma grande melhora nos índices de produtividade e qualidade garantiram o aumento da eficiência da planta que em conjunto com as ferramentas de MES permitiram uma manufatura mais enx7uta com inventários mais reduzidos e tempo de processos menores e mais confiáveis. A flexibilidade da planta garantiu à engenharia de produtos e qualidade a redução do tempo de ciclo de desenvolvimento de novos produtos uma vez que alterações podem ser realizadas mais rápidas, durante a produção sem a necessidade de programação de paradas e os resultados refletem as capacidades reais da planta. Itens como estes causaram impactos diretos nos custos e no poder de competitividade da empresa o que garantiu um rápido retorno do investimento do projeto.

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Projeto: Automação de Controle de Processos de Fábrica de Ração

Empresa: Doux Frangosul

Local: Montenegro – RS

Natureza: Industria Alimentícia

ESPECIFICAÇÃO

A fábrica de rações da Doux Frangosul de Montenegro-RS é considerada uma empresa de grande porte dentro da categoria com uma capacidade de produção diária de 1800 toneladas de ração pôr dia destinada a consumo interno pelo próprio grupo.

O objetivo da automação na fábrica é a melhoria no processo de dosagem, com o aumento na produtividade, redução de erros no processo e aumento na capacidade de expedição através de uma interface operacional e de ampla visão do processo. O sistema deve integrar com o sistema corporativo permitindo a otimização no planejamento de produção e formulação, integrando o MRP (controle e gerenciamento do fluxo de materiais) e o sistema de faturamento. A rastreabilidade do produto final é essencial no processo considerado como meta da automação, numa empresa de alimentos o controle exato dos ingredientes e seguir à risca a formulação é imprescindível sem tolerância a erros.

ESCOPO

A automação atinge todas as etapas do ciclo de produção começando pelo recebimento automático de matéria-prima, processo de abastecimento dos silos, sistema de dosagem pôr bateladas de macro e micro ingredientes e líquidos, controle do processo de mistura, peletização, engordurador, adição de enzimas até o encaminhamento aos silos de produto acabado e expedição. A automação deverá integrar com o sistema corporativo vinculando os registros de descarga e expedição às bateladas produzidas, informar on-line o consumo de ingredientes pôr batelada e a produção de ração pôr silo, atuando em paralelo desde o processo da triagem de caminhões no recebimento até a emissão fiscal da ração expedida.

CARACTERÍSTICAS DO PROJETO

A solução do projeto envolveu a integração de diferentes tecnologias e plataformas, o grau de complexidade e tamanho do projeto necessitou do desenvolvimento de recursos e novas estruturas além dos procedimentos usualmente utilizados no processo de automação de fábrica de ração.

Foram utilizados para este projeto além do controle por Controlador Lógico Programavel (CLP), sistema de banco de dados desenvolvido em Visual Basic com banco Ms-SQL 7.0 integrando com o sistema de supervisão RSView32 pela tecnologia OPC de alta performance que permitiu aplicar ao processo rotinas mais complexas de controle baseado em dados históricos e variáveis de processo que permitiram aplicar lógica de contorno de problemas de forma bastante eficiente e fazer o histórico do processo para a rastreabilidade. Desta forma a comunicação passa a ser bidirecional entre as diferentes camadas entre o sistema, nessa configuração o sistema de banco de dados além das característica de um sistema de MES passa a participar diretamente do processo de automação adquirindo múltiplas funcionalidade, além de integrar com o sistema corporativo da empresa (ERP / Enterprise Resource Planning). Com este nível de integração os cuidados com as interfaces e o plano de contingência foi cuidadosamente trabalhado para permitir a operação do sistema sob qualquer circunstância adversa quando sistema corporativo e de banco de dados não estiverem operacionais.

As vantagens obtidas com esta metodologia de implementação vão desde a iteração mais dinâmica do processo com as unidades de gerenciamento, a economia de pontos no sistema de automação e percepção rigorosa do processo e principalmente o alto grau de parametrização e flexibilidade que é adicionado ao sistema com rotinas mais genéricas e estrutura modular.

Nessas característica o projeto exigiu uma analise intensa do processo para identificação de pontos críticos, a organização bem como a implementação foi subdivida em módulos que desta forma consegue atender as particularidades de cada processo isolando as complexidades das demais e definindo uma iteração do processo a partir de regras. Esta abordagem simplifica o desenvolvimento, analise e teste dos módulos, eventuais falhas podem ser isoladas e rapidamente encontradas.

CONFIGURAÇÕES DE HARDWARE E SOFTWARE

O sistema é composto pôr CLP da linha SLC500 que está conectado à 3 microcomputadores com o Sistema de Supervisão RSView32, via rede DH+ e está conectado à 11 unidades remotas de I/O.
A configuração do CLP está distribuída da seguinte maneira :
Total de Pontos do Projeto = 3870
Banco de Dados Ms-SQL 7.0
Programas desenvolvidos em Visual Basic
Software de integração de plataformas – IBM-MQSeries

COMPLEXIDADES DA LÓGICA DE CONTROLE

Dentro deste sistema de controle temos como principal foco a dosagem de matérias-primas, tanto sólidas como líquidas, e para isto temos lógicas de dosagem, controle de precisão, verificação de erros.
A principal complexidade nas dosagem diz respeito à parte de precisão na dosagem de micro ingredientes, onde as quantidades à ser dosadas são pequenas e como o erro é calculado em relação à % total desejada, temos aí uma complexa lógica de dosagem.

DESCRITIVO DO PROCESSO

O sistema atual funciona com um CLP Allen Bradley SLC5/04 comunicando com 11 remotas numa rede RIO, e com 3 estações de operação com supervisório RSView 32 em DH+. Todos os micros estão ligados na rede corporativa onde existe um servidor dedicado com banco de dados MS-Sql Server 7.0 interligando a automação com o sistema corporativo. Neste contexto ainda existe o software MQSeries da IBM permitindo a troca de informações entre as diferentes plataformas, no caso temos a automação em um ambiente Windows NT e o sistema corporativo em um mainframe IBM-OS 390. Esta solução permite a integração entre quaisquer plataformas como já utilizamos para integrar com o SAP R/3.

O sistema controla o processo de carga e descarga pelo mecanismo de AIDC (Identificação automática e captura de dados) onde cada caminhão possui uma espécie de chaveiro eletrônico para identificação. Com esse mecanismo é retirado qualquer intervenção humana na execução dessas tarefas. Ao término de cada operação as informações são imediatamente enviadas para o sistema corporativo atualizando o sistema de estoque.

Na execução de rotas de descarga e ensilamento de matérias-primas e ração, existem muitos silos e equipamentos na fábrica num total de mais de 900 rotas de encaminhamento possíveis de serem utilizadas entre silos e recepção pôr moega. A implementação das rotinas de controle de cruzamento de rotas e acionamento dos equipamentos bem como a consistência das operações com o controle para impedir mistura de ingredientes são realizadas pelo sistema de banco de dados com a disponibilização inclusive de uma tela de cadastro de rotas permitindo a flexibilidade deste processo. Esta lógica resultou na redução de memória de programa no CLP.

A alimentação do sistema de dosagem é realizada automaticamente baseada no planejamento e na estatística de consumo real dos ingredientes. Este recurso aliado a informação exata do consumo on-line para o sistema corporativo, permite otimizar o processo de cadeia de suprimentos dando base para decisões automáticas de compras, evitando o dispendioso tempo de levantar planilhas e inventários para levantamento de estoque.

A integração dos sistemas permite acabar com problemas de planta parada pôr falta de ingredientes e desperdício no sistema de compras, possibilitando um processo de armazenagem just in time com muita segurança. A integração da automação na expedição de produtos aumenta a agilidade do processo de expedição – com carregamento mais preciso , rápido e constante – e otimiza o processo de faturamento e emissão fiscal, enviando informações imediatas e seguras, o que permite eliminar etapas de espera pôr nota fiscal.

Concluído todo o ciclo, é possível obter quais ingredientes foram utilizados para cada ordem de carregamento e a quantidade pôr fornecedor encerrando a rastreabilidade total.

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O projeto que será apresentado a seguir foi desenvolvido na empresa Vale Fertilizantes, em Uberaba, MG. Trata-se de um sistema totalmente automatizado para o carregamento de fertilizantes em caminhões, que integra o Sistema de Automação com o Sistema Corporativo, utilizando-se amplamente de recursos como identificação automática de caminhões, sinalização por semáforos e displays, integração com balanças rodoviárias e emissão automática de notas fiscais e tickets de pesagem.

O complexo industrial de Uberaba, que ocupa uma área de 7.350.890 m2, é dividido em duas unidades, CIU1 e CIU2, ambas produzindo e expedindo fertilizantes.

O sistema de expedição foi implementado para as duas unidades. O CIU1 é composto por quatro silos de carregamento, sendo três para carregamento exclusivo de caminhões e um silo rodo-ferroviário, e duas balanças de aferição na portaria dos caminhões. No CIU2, existem 2 silos para carregamento de caminhões e uma balança de aferição na portaria.

DESCRIÇÃO DA ESTRUTURA DO SISTEMA

O sistema de automação é totalmente integrado com o sistema corporativo da empresa, o SAP R/3. Para fazer esta integração, foi implementado um protocolo de troca de mensagens utilizando-se um software de gerenciamento de filas de mensagens, o MQ-Series, da IBM. Este software permite a troca assíncrona de informações e garante que as informações sejam entregues com certeza de um sistema para outro.

Esta abordagem garante que nenhuma das partes do sistema ficará sem receber alguma informação, pois o MQ-Series garante a integridade dos dados e toda a estrutura do sistema foi desenvolvida de forma que se houver alguma queda de conexão entre uma das partes do sistema, assim que voltar a conexão o sistema é totalmente realimentado com os dados. Isto permite que áreas distintas durante o processo, como triagem e carregamento automático possam rodar independentemente, evitando que algum pequeno problema em uma área acabe paralisando todo o sistema.

Outra vantagem desta abordagem é que o Sistema Corporativo e o Sistema de Automação ficam separados fisicamente um do outro, evitando que processos de um sistema interfiram em processos de outro, podendo causar lentidão e diminuindo a segurança e integridade de informações, ou seja, o Sistema de Automação não consegue de forma alguma acessar diretamente alguma tabela ou processo do SAP R/3.

O sistema de automação, todo baseado em plataforma Windows está dividido em duas partes: uma que faz a interface com o sistema corporativo, desenvolvida em linguagem Visual Basic da Microsoft; e outra parte responsável pelo carregamento físico, formado pelo Sistema Supervisório, desenvolvido em Wizcon, e pelo Sistema de PLC, GE-FANUC, desenvolvido em Versa Pro.

O banco de dados utilizado pelo sistema esta implementado em SQL-Server 7.0, da Microsoft e fica centralizado em um servidor, em uma sala isolada nos escritórios do complexo industrial, e atende tanto o sistema da unidade CIU1 quanto da unidade CIU2.

O sistema operacional é o Windows 2000 Server. Apesar de estar localizado em Uberaba, o servidor é controlado remotamente pelo CPD da empresa, localizado em Cubatão, SP.

Todos os computadores utilizados em todo o processo são interligados por rede Ethernet, de 100Mbits, através de conexões por fibra óptica. Estes computadores também são baseados em plataforma Windows. Os computadores das salas de controle, onde estão os sistemas supervisórios utilizam o Windows NT 4.0 Workstation e os micros das outras áreas, como portarias, utilizam o Windows 95, 98 ou 2000.

No campo, as balanças rodoviárias são ligadas ao PLC através de rede Profibus, e os sensores de distância e altura, que enviam para o sistema a posição da esteira em relação ao ponto zero do carregamento e a altura da carreta em relação ao solo, são ligados via rede Modbus.

PROGRAMAS DE INTERFACE COM O SAP R/3 E DE ACOMPANHAMENTO DO PROCESSO

No servidor, além do banco de dados, estão instalados programas para a administração de todo o sistema de expedição e também o MQ-Series for Windows. Nos servidores localizados em Cubatão, onde se encontra a base do sistema corporativo SAP R/3, está instalado o MQ-Series for AIX. A comunicação entre ambos é feita através de um link via satélite.

Toda a identificação dos caminhões durante o processo de carregamento é feita por um sistema de identificação por rádio freqüência composto por transponders, dispositivos que utilizam a tecnologia TIRIS, da Texas. Cada transponder possui um código universal e único, permitindo uma identificação precisa e segura.

No sistema, são utilizados dois tipos de transponder. O transponder fixo, utilizado em caminhões que fazem o percurso apenas no distrito industrial, já é pré-cadastrado no sistema corporativo. A triagem já é associada a este número de transponder assim que o operador indica qual o caminhão que vai ser carregado. Já o transponder móvel é lido sempre que uma triagem é criada para um caminhão. A leitura deste transponder é feita por uma micro-leitor, instalado na porta serial do micro-computador.

Feita a triagem, assim que um caminhão entra na balança sob o silo de carregamento ou na balança de aferição ele é automaticamente identificado por uma antena, proporcionando uma operação ágil, rápida e sem interferência humana. Esta identificação é feita com o caminhão em movimento.

A identificação dos transponders na balança é controlada por um programa, que além de fazer a leitura dos dispositivos, ainda é o responsável pelo controle das luzes dos semáforos e das buzinas existentes em cada uma das balanças.

Nas salas de controle, além do Sistema Supervisório, está instalado ainda um programa responsável por buscar no banco de dados a triagem associada ao transponder lido e enviar todos os dados necessários do carregamento para o sistema supervisório, bem como o comando para iniciar o carregamento.

Depois de finalizado o carregamento, ele recebe os pesos tara e bruto do supervisório e manda o comando para o envio das informações de volta para o sistema corporativo, para emissão da nota fiscal, e também envia o comando para a emissão do ticket de pesagem, na aferição.

BENEFÍCIOS DO SISTEMA

Atualmente, existem mais de 60 tipos de caminhões com medidas e capacidades diferentes que são carregados pelo sistema, desde caminhões de 4.5 metros de carroceria até bi-trens (caminhões com duas carrocerias de 6.5 metros cada).

Atuando em sua capacidade máxima, o sistema pode carregar até 310 toneladas de fertilizante por hora, em cada um dos silos.

Um caminhão com capacidade líquida para 15 toneladas pode ser carregado em pouco menos de 5 minutos.

Porém, a grande vantagem deste sistema em termos de tempo é que ele evita que o caminhão tenha que fazer mais duas paradas nas balanças da portaria. Sem o sistema, o caminhão precisava parar na entrada para pegar o seu peso tara e também na saída, para pegar o peso bruto, para a emissão da nota fiscal. Este era o grande gargalo do sistema, uma vez que o carregamento podia ser feito em quatro silos simultaneamente, mas as pesagens para a emissão da nota fiscal eram feitas em apenas duas balanças, que precisavam atender tanto a entrada quanto a saída destes caminhões como também atender o fluxo dos caminhões das outras áreas do complexo industrial, como o recebimento de matérias primas e o carregamento de ácido sulfúrico, que não são atendidos pelo sistema de expedição.

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