Manufatura automatizada baseada em sistemas ciberfísicos: um passo para indústria 4.0
Authors: Peixoto João Alvarez , Soares André Borin 
Published: December 2022

As demandas de mercado por produtos diversificados apresentam dificuldades para a gestão de sistemas produtivos, que trabalham tradicionalmente com lotes grandes e pouca variedade no produto. Para atender a flexibilidade do processo, o planejamento e controle de produção fica constantemente alterando as ordens de produção, devido às necessidades de alteração dos recursos. A utilização de sistemas ciberfísicos possibilita a interação entre máquinas e produtos, permitindo a auto-organização do fluxo de processo. Este estudo ensaia e analisa o conceito de gestão da manufatura pelo próprio produto, em um sistema auto-organizável, por um método de modelagem em que produtos e recursos são transformados em sistemas ciberfísicos, nos quais agentes de software na camada digital promovem a interação necessária entre produtos, máquinas e transportadores. A partir de uma planta virtual de manufatura de um produto, com 16 opções de diversidade, é ensaiada a manufatura auto-organizável, sendo comparada com uma gestão centralizada em PCP. Foram avaliadas as métricas de inserção, retirada e modificação de estações de manufatura, além da possibilidade de ter informações do processo e do produto. Como resultados, obteve-se a implementação de uma planta didática de simulação de sistema de manufatura, além da comprovação da capacidade do sistema auto-organizável de autogerir as adversidades que uma manufatura de produtos diversificados apresenta, conseguindo alterar o fluxo de processos de cada produto de forma automática. Esta funcionalidade permite que cada produto tenha um fluxo distinto, gerenciado pelo próprio produto.

Palavras-chave: PCP; produção; CPS; agentes; auto-organização.

Abstract

Automated manufacturing based on cyber-physical systems: a step towards industry 4.0.

The market demands for diversified products present difficulties for the management of production systems, which traditionally work with large lots and little product variety. To meet the flexibility of the process, production planning and control are constantly changing production orders due to changing resource requirements. The use of cyber-physical systems enables the interaction between machines and products, allowing self-organization of the process flow. This study rehearses and analyzes the concept of manufacturing management by the product itself, in a self-organizing system, by a modeling method, in which products and resources are transformed into cyber-physical systems, in which software agents in the digital layer promote the necessary interaction between products, machines, and carriers. Using a virtual manufacturing plant of one product, with 16 diverse options, self-organizing manufacturing is tested and compared with centralized PCP management. The metrics for insertion, removal, and modification of manufacturing stations were evaluated, as well as the possibility of having a process and product information. As a result, the implementation of a didactic manufacturing system simulation plant was obtained. Besides proving the capacity of the self-organizing system to self-manage the adversities that the manufacture of diversified products presents, it can change the process flow of each product automatically. This functionality allows each product to have a distinct flow, managed by the product itself.

Keywords: PCP; production; CPS; agents; self-organization.

Resumen

Fabricación automatizada basada ​​en sistemas ciberfísicos: un paso hacia la industria 4.0.

La demanda del mercado de productos diversificados plantea dificultades a la gestión de los sistemas de producción, que tradicionalmente trabajan con grandes lotes y poca variedad de productos. Para responder a la flexibilidad del proceso, la planificación y el control de la producción modifican constantemente las órdenes de producción en función de las necesidades cambiantes de los recursos. El uso de sistemas ciberfísicos posibilita la interacción entre máquinas y productos, permitiendo la autoorganización del flujo del proceso. Este estudio ensaya y analiza el concepto de gestión de la fabricación por el propio producto, en un sistema autoorganizado, mediante un método de modelización, en el que los productos y los recursos se transforman en sistemas ciberfísicos, en los que los agentes de software de la capa digital promueven la necesaria interacción entre productos, máquinas y transportadores. Partiendo de una planta de fabricación virtual de un producto, con 16 opciones de diversidad, se prueba la fabricación autoorganizada y se compara con una gestión centralizada de PCP. Se evaluaron las métricas de inserción, eliminación y modificación de las estaciones de fabricación, así como la posibilidad de disponer de información sobre el proceso y el producto. Como resultados, se obtuvo la implementación de una planta didáctica de simulación de sistemas de fabricación, además de demostrar la capacidad del sistema de autoorganización para autogestionar las adversidades en la fabricación de productos diversificados, cambiando el flujo del proceso de cada producto de forma automática. Esta funcionalidad permite que cada producto tenga un flujo distinto, gestionado por el propio producto.

Palabras clave: PCP; producción; CPS; agentes; autoorganización.