Arquitetura para construção de gêmeos digitais com foco na Indústria 4.0

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Rolle, Rodrigo Pita
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Virtualização; Indústria 4.0; Gêmeos digitais; Realidade virtual; Virtualization; Industry 4.0; OpenPLC; Digital twins
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/183651

A evolução da computação e das ferramentas de simulação possibilita o uso de virtualização no ambiente industrial, de forma que os modelos em software transcendam a mera função de etapa de projeto, tornando-se provedores de informações relevantes para a avaliação do desempenho dos processos industriais. Os Gêmeos Digitais são uma abordagem para integração de sistemas físicos e virtuais, cujo principal objetivo é elevar o desempenho do sistema real através da informação gerada no ambiente virtual, que replica o funcionamento das partes físicas. Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma arquitetura para construção de gêmeos digitais aderente à Indústria 4.0, considerando alguns dos principais requisitos do ambiente industrial tais como ganho de desempenho, aumento da flexibilidade dos processos, redução de tempos de parada e reprogramação, entre outros. A arquitetura desenvolvida para a implementação do gêmeo digital é composta por cinco módulos integrados através de redes Ethernet/IP utilizando os protocolos TCP e UDP. O primeiro é o OpenPLC, elemento central de controle de processos em conformidade com a norma IEC 61131-3, que é um software que incorpora as funcionalidades de um Controlador Lógico Programável (CLP), capaz de se comunicar com hardware de E/S remoto e com aplicativos de virtualização. O segundo é o processo de automação real, no qual é incorporado hardware apropriado para controle via OpenPLC. O terceiro é o modelo matemático do processo de automação em ambiente virtual, implementado neste trabalho através da ferramenta State Transition Table do aplicativo Matlab. Este modelo representa o comportamento lógico do processo de automação. O quarto é o módulo de visualização, composto por um modelo 3D animado que reproduz os estados do processo de automação em tempo de execução. O quinto é o módulo de análise de dados do processo de automação, que recebe dados dos ambientes físico e virtual para realizar operações de comparação, avaliação operacional e detecção de falhas no processo. A validação da arquitetura desenvolvida foi realizada com a implementação e testes de operação dos gêmeos digitais de dois processos de automação (estações de teste e separação de peças). Os ensaios de validação permitiram a verificação do funcionamento correto da arquitetura, bem como as análises de desempenho de comunicação realizadas mostraram que a temporização dos eventos de comunicação entre os módulos é adequada para aplicações de sistemas discretos.