A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
151 pág.
siape utf8 final

Pré-visualização | Página 1 de 30

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
FACULDADE DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS�GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
HIRAM CARLOS COSTA AMARAL
SISTEMA INTELIGENTE ÁGIL DE
PROCESSO EVOLUTIVO - SIAPE:
Um protótipo brasileiro de sistemas EPS
Orientador: Prof. Dr. André Luiz Duarte Cavalcante
MANAUS � AMAZONAS � BRASIL
Março / 2016
HIRAM CARLOS COSTA AMARAL
SISTEMA INTELIGENTE ÁGIL DE PROCESSO
EVOLUTIVO - SIAPE:
Um protótipo brasileiro de sistemas EPS
Dissertação apresentada ao Curso de Mes-
trado em Engenharia Elétrica, área de concen-
tração Controle e Automação de Sistemas do
Programa de Pós-graduação em Engenharia
Elétrica da Universidade Federal do Amazo-
nas
Universidade Federal do Amazonas – UFAM
Faculdade de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica – PPGEE
Orientador: Prof. Dr. André Luiz Duarte Cavalcante
MANAUS – AMAZONAS – BRASIL
Março / 2016
Amaral, Hiram Carlos Costa
A485s Sistema Inteligente Ágil de Processo Evolutivo - SIAPE: Um
protótipo brasileiro de Sistemas EPS / Hiram Carlos Costa amaral.
2016.
151 f. : il. color; 31 cm.
Orientador: André Luiz Duarte Cavalcante.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade
Federal do Amazonas.
1. Engenharia. 2. Automação e Controle. 3. Sistemas Evolutivos (EPS). 4. Cyber-
Physical Systems. 5. SIAPE. I. Cavalcante, André Luiz Duarte II. Universidade Federal
do Amazonas III. Título
Errata
Folha Linha Onde se lê Leia-se
A meus pais.
Agradecimentos
Agradeço, primeiramente, a Deus por me proporcionar a saúde e as condições
necessárias para realizar este trabalho, a meus falecidos pais José Maria de Souza Amaral e
Maria de Nazaré da Costa Amaral por me trazerem à vida, e por ter a certeza que ficariam
felizes por essa realização. À minha amada esposa, Maria de Jesus Ferreira Amaral, meus
filhos Thiago Amaral, Nicole Amaral e Paula Lima por suas participações e apoio neste
projeto. Agradeço também ao meu orientador prof. Dr. André Cavalcante por sua paciência
e ensinamentos e conhecimentos repassados que viabilizaram a realização deste trabalho
de pesquisa, aos professores do PPGEE, Dr. João Edgar, Dr. Vicente Lucena, Dr. Cícero
Costa, Dr. Lucas Cordeiro, Dr. Waldir Sabino, Dr. Eddie Filho, Dr. Carlos Caldas, Dra.
Marly Costa, Dr. Celso Carvalho e Dr. Carlos Cruz pela dedicação e seriedade na formação
de mestres na área da Engenharia. Aos colegas do Mestrado que muito me auxiliaram
nas horas de dificuldades, são eles: Vandermi Costa, Ricardo Erickson, Orlewilson Bentes,
Adriano Frutuoso, Victor Lauria, Cláudio Eddy, Kenny Vinente, Fernando Souza, Márcia
Drumand, Wollace Picanço e Rafael Mendonça. Aos técnicos e secretárias do PPGEE e
do CETELI por me ajudarem nos procedimentos acadêmicos. São eles: Sandro Monteiro,
Ricardo Almeida, Renata Freitas e Evani Larisse. Não poderia deixar de lembrar de duas
pessoas que ajudaram com o cafezinho são elas: Glória e a Nira.
Meus agradecimentos também às instituições Universidade Federal do Amazonas -
UFAM, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM, ao Centro
de Pesquisa e Desenvolvimento de Tecnologia Eletrônica e da Informação - CETELI e à
empresa Samsung Eletrônica do Amazonas pelo investimento financeiro e utilização de
seus laboratórios e equipamentos em todas as fases de desenvolvimento deste trabalho de
pesquisa.
"Tu, Senhor e Deus nosso, és digno de receber a glória, a honra e o poder, porque criaste
todas as coisas, e por tua vontade elas existem e foram criadas". Apocalipse 4:11)
Resumo
Paradigmas emergentes de fabricação têm sido usados na tentativa de solucionar o problema
da customização, isto é, a manufatura de produtos em lotes baixos e com elevados níveis
de variedades de produtos. Notadamente os Evolvable Production Systems (EPS) tem
conseguido tratar o problema através do conceito de agentes mecatrônicos e de uma
inversão do local de onde a inteligência do processo produtivo está dentro do sistema de
manufatura. Entretanto, ainda há várias lacunas e barreiras ao amplo uso de EPS, dentre
elas a necessidade de protótipos de sistemas que contemplem os conceitos de sistemas
evolutivos. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema evolutivo denominado
de Sistema Inteligente Ágil de Processo Evolutivo - SIAPE que visa adaptação à demanda
e a evolução do sistema produtivo de acordo com a evolução do produto. Para testar a
viabilidade do SIAPE foi criado primeiramente um protótipo de automação simplificado
chamado de Produto UFAM que é comparado com o protótipo SIAPE propriamente dito
em torno de suas aderências às exigências da Plataforma da Indústria 4.0 (i4.0).
Palavras-chave: Engenharia, Automação e Controle, Sistemas Evolutivos (EPS), Cyber-
Physical Systems, SIAPE.
Abstract
Manufacturing emerging paradigms have been used in an attempt to solve the problem
of customization, i.e. the manufacture of products with mid and low batches and high
variability. Namely Evolvable Production Systems (EPS) has been able to address the
problem through the concept of mechatronics agents and a reversal of the local where
intelligence (the production process) is in th the manufacturing system. However, there
are still many gaps and barriers for the widespread use of EPS, namely the real prototypes
that address the concepts of evolvable systems. This work presents the development of an
evolvable system called Agile Intelligent System for Evolvable Process (SIAPE), which
aimed adpats to demand variations and the evolution of the production system according
to the changing of the product. To test the viability of SIAPE was first created a simplified
automation prototype called Product UFAM which is compared with the SIAPE prototype
itself among their compliance with the requirements of Industry Platform 4.0 (i4.0).
Keywords: Engineering, Automation and Control, Evolutionary Systems (EPS), Cyber-
Physical Systems, MeDSE.
Lista de ilustrações
Figura 1 – SIAPE: Paradigmas de produção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figura 2 – Projetos Europeus e os sistemas evolutivos . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figura 3 – EUA: Linha do tempo dos CPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figura 4 – Brasil: Atraso da Indústria Brasileira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figura 5 – SIAPE - Metodologia da pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figura 6 – Revoluções Industriais, problemas e soluções . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figura 7 – IADE: Arquitetura de referência EPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figura 8 – Evolução do Paradigmas de Produção . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figura 9 – Visão geral da Arquitetura proposta por Cavalcante . . . . . . . . . . . 42
Figura 10 – Arquitetura para uma aplicação em um sistema de montagem . . . . . 43
Figura 11 – Implementação de referência EPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Figura 12 – Aplicação da arquitetura EPS no SIAPE . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Figura 13 – SIAPE: Ciclo de vida do produto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figura 14 – Redução do Lead time de Produção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figura 15 – SIAPE: FIPA – ACL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figura 16 – MeDSE - Fases do paradigma EPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Figura 17 – Método de Desenvolvimento de Sistemas Evolutivos - MeDSE . . . . . 58
Figura 18 – MeDSE: Dividindo o problema global em regional e local . . . . . . . . 60
Figura 19 – MeDSE: Fase de Conceitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Figura 20 – MeDSE - Fase de Realizações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figura 21 – MeDSE: Realimentações do método . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figura 22 – MeDSE: Fase de Finalizações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Figura 23 – MeDSE: