Arquitetura de dados baseada no RAMI 4.0 para manufatura flexível na indústria 4.0
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Data
2022-11-16
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Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A Indústria 4.0 e Internet das Coisas (IoT) habilitaram a conectividade necessária para a transferência de informações, análises e controle de dados, possibilitando o aumento da produtividade dos negócios por meio de rápidas mudanças no escopo de produção em um mercado cada vez mais volátil. A inovação da IoT e Indústria 4.0 são vistas integrando sistemas de manufatura, gerenciando regras de negócios e descentralizando recursos de computação, permitindo mudanças rápidas por meio do uso da internet com segurança e confiabilidade. Para que isso aconteça, o Modelo de Arquitetura de Referência para a Indústria 4.0 (RAMI 4.0) foi elaborado, sistematizando os elementos da Indústria 4.0 em um modelo de camadas tridimensional. Um dos grandes desafios para a adoção do RAMI 4.0 é o desenvolvimento de soluções que suportem as funcionalidades de cada camada e as interações necessárias entre os seus elementos. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma arquitetura de dados focada na Camada da Informação do RAMI 4.0 para aplicações de manufatura flexível na Indústria 4.0. Essa arquitetura foca na definição de um modelo da informação composto pelo banco e modelo de dados para estruturar e organizar a informação. Este trabalho demonstra também o desenvolvimento de um orquestrador para interconectar a comunicação industrial OPC UA com o framework de microsserviços utilizado para a criação de aplicações no formato de serviços em nuvem. Essa arquitetura na Camada da Informação viabiliza uma interface para fornecer ao cliente a capacidade de inserir, visualizar e até mesmo modificar um pedido em uma fábrica com base em suas necessidades e prioridades, proporcionando maior versatilidade e interoperabilidade na comunicação com as demais camadas superiores do RAMI 4.0. A arquitetura de dados foi testada e validada através de experimentos realizados num cenário de manufatura flexível com diferentes tipos de produtos, rotas e pedidos de produção. Os resultados demonstram como a arquitetura desenvolvida fornece uma perspectiva de produção com um serviço para manufatura flexível na Indústria 4.0, conectando sistemas de manufatura industrial com um sistema de informação para interface de negócio.
Industry 4.0 and the Internet of Things (IoT) have provided the connectivity required for information transfer, data analysis and control, enabling increased business productivity through rapid changes in the scope of production in a market increasingly volatile. The innovation of IoT and Industry 4.0 are applied in integrating manufacturing systems, managing business rules, and decentralizing computing resources, enabling rapid changes using the internet safely and reliably. For this to happen, the Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0) was developed, systematizing the elements of Industry 4.0 in a three-dimensional layered model. One of the great challenges for the adoption of RAMI 4.0 is the development of solutions that support the functionalities of each layer and the necessary interactions between its elements. This work aims to develop a data architecture focused on the Information Layer of RAMI 4.0 for flexible manufacturing applications in Industry 4.0. This architecture focuses on defining an information model composed of the database and data model to structure and organize the information. This work also demonstrates the development of an orchestrator to interconnect the OPC UA industrial communication with the microservices framework used to create applications in the form of cloud services. The architecture in the Information Layer enables an interface to provide the customer with the ability to enter, view and even modify an order in a factory based on their needs and priorities, providing greater versatility and interoperability in communication with the other upper layers of RAMI. 4.0. The data architecture was tested and validated through experiments in a flexible manufacturing scenario with different types of products, routes, and production orders. The results demonstrate how the developed architecture provides a production perspective with a service for flexible manufacturing in Industry 4.0, connecting industrial manufacturing systems with an information system for the business interface.
Industry 4.0 and the Internet of Things (IoT) have provided the connectivity required for information transfer, data analysis and control, enabling increased business productivity through rapid changes in the scope of production in a market increasingly volatile. The innovation of IoT and Industry 4.0 are applied in integrating manufacturing systems, managing business rules, and decentralizing computing resources, enabling rapid changes using the internet safely and reliably. For this to happen, the Reference Architecture Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0) was developed, systematizing the elements of Industry 4.0 in a three-dimensional layered model. One of the great challenges for the adoption of RAMI 4.0 is the development of solutions that support the functionalities of each layer and the necessary interactions between its elements. This work aims to develop a data architecture focused on the Information Layer of RAMI 4.0 for flexible manufacturing applications in Industry 4.0. This architecture focuses on defining an information model composed of the database and data model to structure and organize the information. This work also demonstrates the development of an orchestrator to interconnect the OPC UA industrial communication with the microservices framework used to create applications in the form of cloud services. The architecture in the Information Layer enables an interface to provide the customer with the ability to enter, view and even modify an order in a factory based on their needs and priorities, providing greater versatility and interoperability in communication with the other upper layers of RAMI. 4.0. The data architecture was tested and validated through experiments in a flexible manufacturing scenario with different types of products, routes, and production orders. The results demonstrate how the developed architecture provides a production perspective with a service for flexible manufacturing in Industry 4.0, connecting industrial manufacturing systems with an information system for the business interface.
Descrição
Palavras-chave
Automação industrial, Internet das coisas, Interface de programação de aplicativos (software de computador), Automação