A Indústria 4.0 como referência para modelagem e implementação de componentes Plug & Produce em uma rede industrial OPC UA

Abstract

O modelo de referência de arquitetura da Indústria 4.0 recomenda o uso do padrão de comunicação OPC UA, que estabelece técnicas de representação virtual de componentes com base na abstração e descrição de suas funcionalidades. Um dos casos de uso é denominado fábricas adaptáveis, aquelas que dispensam a necessidade de reconfiguração dos processos ao introduzir ou modificar componentes na produção. Nesse contexto, este trabalho aborda a modelagem e implementação de componentes Plug & Produce interoperáveis e autônomos como solução para um sistema de produção auto-reconfigurável. O trabalho revisa as normas e técnicas de modelagem de componentes OPC UA e implementa um sistema demonstrativo caracterizado pela detecção de marcadores fiduciais utilizando dispositivos de câmera, componentes de processamento de imagem e composição automatizada das funcionalidades dos dispositivos, cuja abordagem é descrevê-las semanticamente como skills. O experimento mostra que tal sistema é interoperável e possui autonomia ao ser executado em diferentes servidores, contudo, mostra-se que, a partir de uma análise de uso de rede e de recursos operacionais, ainda carece de desenvolvimento para que atenda aos requisitos de sistemas distribuídos. Conclui-se que, apesar da complexidade resultante do uso de uma linguagem de baixo nível, a abordagem de descrição semântica de skills é eficaz e extensível para sistemas de produção autoadaptativos.

The reference architectural model for Industry 4.0 recommends using the communication standard OPC UA, which establishes component virtual representation techniques based on the abstraction and on the description of their functionalities. One of the use cases is denominated adaptable factories, which are those that spare the need for reconfiguration in their processes when introducing or modifying production components. In this context, this coursework addresses the modelling and implementation of interoperable and autonomous Plug & Produce components as a solution to an auto (re)configurable production system. It reviews the norms and modelling techniques of OPC UA components and implements a demonstration system, characterized by the auto-detection of fiducial markers using camera devices, image processing components and automated composition of their functionalities, which is done by describing them using skill semantics. The experiment shows that such a system is interoperable and possesses autonomy when executed on different servers. However, by conducting a network and operational resources consumption analysis, the system still needs further development to fulfil the requirements of distributed systems. It is concluded that despite the high complexity resulting from the use of a low-level programming language, the approach of using skill semantics is effective and extensible to self-adaptive production systems.