Arquitetura de automação e controle orientada a microserviços para a indústria 4.0

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Bigheti, Jeferson André
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Comunicação M2M; Serviços; Framework moleculer; Internet das Coisas; Sistema de controle via rede; Manufatura avançada; Manufatura Avançada; Services; Moleculer framework; Internet of things; Networked control systems; Smart manufacturing; Machine to machine communication
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/191993

A Indústria 4.0 (I4.0) têm focado no uso conjunto de tecnologias de automação e informática industrial visando a obtenção de maior eficiência, qualidade e produtividade. Para o desenvolvimento da I4.0 é necessário a aplicação de tecnologias recentes como a Internet das Coisas Industrial (IIoT), os Sistemas de Controle via Redes e a Computação em Nuvem, entre outras. O grande desafio da I4.0 é promover a integração entre essas tecnologias, equipamentos e sistemas alocados em diferentes níveis hierárquicos dos sistemas industriais. Nesse sentido, um paradigma recente tem sido o da automação colaborativa por meio do uso e compartilhamento de serviços para obtenção de uma arquitetura flexível, distribuída e totalmente integrada através de redes de comunicação. Diante desse contexto, esta tese foca no desenvolvimento de uma arquitetura orientada a microserviços (MOA) para aplicações de automação e controle com foco na I4.0. A arquitetura é baseada no uso do framework Moleculer para microserviços e no desenvolvimento de serviços e composições de serviços para suportar as aplicações requeridas. Os serviços desenvolvidos podem ser executados em diferentes plataformas como computadores, sistemas embarcados e em nuvem. Serviços de Infraestrutura como Comunicação Máquina a Máquina, Controlador Lógico Programável e Aquisição de Dados são responsáveis por prover as funcionalidades básicas da arquitetura e usados para a composição das aplicações. Os serviços de Processos/Negócios como Controle e Supervisão de Processos executam as funcionalidades de alto nível e necessitam operar em composição com os serviços de infraestrutura. A arquitetura MOA, serviços e aplicações foram implementados e validados através de experimentos com malhas de controle em planta didática e em ambiente Hardware-In-the-Loop (HIL). Resultados experimentais demonstraram a viabilidade da arquitetura para aplicações de automação e controle de processos. A grande vantagem da arquitetura é a interoperabilidade, fornecida pela comunicação automática e transparente entre os serviços e aplicações, que é um fator importante para a I4.0. Uma análise temporal e da comunicação em rede mostrou que, apesar da latência e do jitter serem significativos, a arquitetura é confiável e recomendada para aplicações de automação e controle com orquestração de serviços com tempo de ciclo de ao menos 300 ms. A arquitetura também forneceu maior modularidade e escalabilidade para aplicações industriais, a partir da replicação e composição dos serviços.