Resumo: O recente desenvolvimento de conceitos de manufatura avançada traz novos desafios para os países em desenvolvimento, a fim de preparar sua força de trabalho e indústrias para os mercados locais e globais. Para explorar e disseminar os conceitos de manufatura avançada, projetou-se e avaliou-se a primeira célula de manufatura avançada autônoma desenvolvida no Brasil a partir da parceria entre empresas globais e locais e a academia. Este trabalho tem como objetivo descrever a célula de manufatura avançada, os equipamentos que compõem a infraestrutura, a topologia de rede e os equipamentos que poderiam lidar com a heterogeneidade de equipamentos e protocolos. Além disso, o comportamento da estrutura de comunicação do OPC UA (e protocolos relacionados) como o elemento de integração entre os equipamentos que compõe a célula é avaliado. Os resultados indicaram que a estrutura de comunicação do OPC UA promove uma baixa sobrecarga de tráfego, bem como pode ser usada para transportar dados dos protocolos tradicionais em seus campos sem restrições que possam prejudicar a produção. O artigo também discute como ocorreu a troca de dados entre os equipamentos utilizados na produção e os sistemas de controle através do protocolo estudado. Os protocolos da estrutura de comunicação OPC UA apresentaram uma estrutura de mensagens e características de transporte de dados que satisfazem as necessidades de integração entre equipamentos de diversos fabricantes que compunham a célula autônoma de manufatura avançada. Este documento também apresenta alguns desafios fundamentais para integrar todos os equipamentos não abordados pelo modelo de referência OPC UA.

Abstract: The recent development of advanced manufacturing concepts brings new challenges for developing countries in order to prepare their workforce and industries for local and global markets. To explore and disseminate advanced manufacturing concepts, the first autonomous advanced manufacturing cell developed in Brazil as a result of a partnership between global and local companies and academia was designed and evaluated. This paper aims to describe the advanced manufacturing cell, the equipment composing the infrastructure, and the network topology and equipment that could deal with the heterogeneity of equipment and protocol. Moreover, the behavior of the Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) communication framework (and related protocols) as the integration element between the equipment composing the cell was evaluated. The results indicated that the OPC UA communication framework promotes a low traffic overhead and can also be used to carry data from the traditional protocols in their fields without restrictions that could hinder production. The paper also discusses how the exchange of data occurred between the equipment used in the production and the control systems via the protocol studied. The OPC UA communication framework protocols presented a messaging structure and data transport characteristics that satisfy the integration needs between equipment of several manufacturers that composed an autonomous cell of advanced manufacturing. This paper also presents some key challenges to integrating all equipment not addressed by the OPC UA reference model.

Resumo: Os conceitos de Manufatura Avançada ou Indústria 4.0 trazem novos avanços e desafios a serem aplicados nos processos industriais atuais. Tais conceitos nem sempre são bem compreendidos, assim como os seus resultados no desempenho da produção podem não estar claros. Esse trabalho propõe a comparação entre um modelo de manufatura convencional e um modelo de manufatura avançada, ambos modelados por sociedades multiagentes. Na simulação da manufatura convencional, os agentes seguem os tempos definidos de cada processo, incluindo a manutenção. Na simulação da manufatura avançada, a decisão de quando parar um equipamento para manutenção é definida por um agente de acordo com dados recebidos de sensores e as definições dos processos. Os resultados indicam um aumento significativo na utilização dos equipamentos e como consequência uma maior produção no mesmo intervalo de tempo. A simulação dos processos claramente indica que a aplicação dos conceitos de manufatura avançada na indústria é relevante para aumentar a eficiência dos processos de produção. Dentre os conceitos principais introduzidos no modelo de manufatura avançada estão a Internet das Coisas (IoT), Sistema Físico-Cibernéticos (CPS) e a Inteligência Artificial (IA). Os modelos gerados são computacionalmente simulados usando a simulação baseada em agentes a partir do programa AnyLogic. Os resultados obtidos devem contribuir para incentivar pequenas e médias empresas (SME) a adotarem os conceitos de Indústria 4.0 nos seus negócios.

Abstract: Advanced Manufacturing or Industry 4.0 concepts bring new advances and challenges to current industrial processes. Such concepts are not always well understood and their results in terms of production performance may not be clear. This work proposes a comparison between a traditional manufacturing process and an advanced manufacturing process, both modelled by a multiagent society. In the traditional manufacturing simulation, the agents follow the defined times of each process, including the maintenance times. In the advanced manufacturing simulation, the decision about when to stop a piece of equipment for maintenance is defined by the agent according to data received from sensors and the definitions of the process. The results indicate a significant improvement in equipment usage and consequently higher production in the same time interval. The process simulation clearly indicates that the application of advanced manufacturing concepts in industry is relevant in order to increase the efficiency of production processes. Among the main concepts introduced in advanced manufacturing models are the Internet of Things (IoT), Cyber-Physical Systems (CPSs), and Artificial Intelligence (AI). The models generated are computationally simulated using an agent-based simulation method from the software AnyLogic. The results obtained should contribute to encouraging small and medium sized enterprises to adopt the concepts of Industry 4.0 in their businesses.