aplicação de sistema oee baseado em simulação e arquitetura

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA
CURSO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA/AUTOMAÇÃO
GUILHERME BITTENCOURT BATTEZATI
APLICAÇÃO DE SISTEMA OEE BASEADO EM SIMULAÇÃO E
ARQUITETURA SCADA EM EMPRESA DA CADEIA DE SUPRIMENTOS
DA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA
CURITIBA
2011
GUILHERME BITTENCOURT BATTEZATI
APLICAÇÃO DE SISTEMA OEE BASEADO EM SIMULAÇÃO E
ARQUITETURA SCADA EM EMPRESA DA CADEIA DE SUPRIMENTOS
DA INDÚSTRIA AUTOMOTIVA
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação,
apresentado a disciplina de Metodologia Aplicada ao
TCC, do curso de Engenharia Industrial Elétrica –
Ênfase em Automação do Departamento Acadêmico
de Eletrotécnica – DAELT – da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, como requisito para
aprovação no Trabalho de Conclusão de Curso.
Orientador: Prof. Marcelo Rodrigues, M.Sc.
CURITIBA
2011
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1: ELEMENTOS DA EFICÁCIA GLOBAL DE UMA MÁQUINA ............................................ 9
FIGURA 2: DIAGRAMA DE SISTEMA DE AQUISIÇÃO DE DADOS UTILIZADO ATUALMENTE. ......... 12
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA 1: CRONOGRAMA DE ATIVIDADES .......................................................................... 16
LISTA DE SIGLAS
CLP
Controlador Lógico Programável
OEE
Overall Equipment Effectiveness
OLE
Object Linking and Embedding
OPC
OLE for Process Control
SCADA
Supervisory Control and Data Acquisition
TPM
Total Productive Maintenance
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 7
1.1 TEMA ........................................................................................................................ 7
1.1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA ...................................................................................... 7
1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS ................................................................................. 12
1.3 OBJETIVOS ............................................................................................................ 13
1.3.1 OBJETIVO GERAL .............................................................................................. 13
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................ 13
1.4 JUSTIFICATIVA ...................................................................................................... 13
1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ................................................................ 14
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................................................ 14
1.7 CRONOGRAMA ...................................................................................................... 15
2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 16
7
1 INTRODUÇÃO
1.1 TEMA
Aplicação de sistema supervisório em uma linha de produção de indústria de
peças automotivas para avaliação do indicador de eficiência OEE baseado em
simulação e arquitetura SCADA.
1.1.1 DELIMITAÇÃO DO TEMA
A partir da revolução industrial no fim do século XIX, houve um enorme
crescimento na produção de manufaturados ao redor do mundo. As organizações
industriais, a partir da necessidade de aumentar a produtividade em espaços de tempo
cada vez menores, criaram novos métodos de produção, dentre os quais, de extrema
importância, a produção industrial em série.
A produção em série com sua rápida dinâmica e alta rotatividade demanda
constantes cuidados a fim de se manter sua funcionalidade. Além disso, é buscada
continuamente a melhoria do processo no que se refere à qualidade do produto,
velocidade de produção, redução de perdas, sempre visando maximizar o rendimento
da produção e consequentemente os lucros da empresa.
Neste contexto são utilizadas técnicas desenvolvidas ao longo da história da
indústria que auxiliam na gestão da produção. A metodologia TPM (Total Productive
Maintenance) é um método de gestão de produção que foi desenvolvido nas últimas
décadas no Japão. Com foco na produção ela se tornou um programa que engloba
praticamente todo tipo de operação de uma indústria. A TPM cria um senso comum
corporativo que constantemente implica no esforço para eliminar perdas, através de
inúmeras pequenas atividades de grupo ao longo da planta. Esta sistematização
promove
melhorias,
também,
no
sistema
de
equipamentos,
procedimentos
operacionais, manutenção e desenvolvimento de processos para evitar problemas
futuros.
8
Quando as melhorias proporcionadas pelo TPM já estão sendo aplicadas, se
utiliza um sistema de feedback de medição para avaliação do sistema em vigor. Esta
ferramenta é a OEE (Overall Equipment Effectiveness). A OEE consiste num indicador
que avalia a eficácia de determinada operação de manufatura, que tanto ajuda a
encontrar com precisão as áreas problemáticas do processo e seus sintomas, como
relata as respostas às melhorias aplicadas. O principal objetivo é encontrar o problema
raiz para cada situação de perda, para então se definir a melhor ação corretiva.
A implementação de um sistema de OEE pode ser comparada a acender a luz
em uma sala escura. Nada mudou, mas agora você pode ver as coisas mais
claramente (IDHAMMAR WHITEPAPER, 2010).
O indicador OEE pode ser dividido em três índices, a fim de verificar se a
máquina está trabalhando nas condições corretas. O primeiro índice é o de
disponibilidade, o qual é responsável pela questão da máquina estar funcionando ou
parada. O segundo é o de performance, onde é analisada se a máquina está operando
com o seu máximo rendimento, ou seja, na sua máxima capacidade. O terceiro índice
que compõe o OEE analisa se a máquina está produzindo com as especificações
corretas, ou seja, peças com qualidade.
A Figura 1 ilustra o indicador OEE, seus índices e as perdas relacionadas com
cada um destes índices.
9
Figura 1: Elementos da Eficácia Global de uma Máquina
Fonte: SANTOS, A. C. O.; SANTOS, M. J. Utilização do Indicador de Eficácia Global de Equipamentos
(OEE) na Gestão de Melhoria Contínua do Sistema de Manufatura. 2007. 10 f. UNIFEI.
A manutenção na indústria é imprescindível. Sem ela os equipamentos se
desgastariam até a inutilidade causando a parada da produção até a substituição. Para
evitar a aumentar a durabilidade dos equipamentos são praticados, basicamente três
tipos de manutenção.
A manutenção corretiva é aquela em que os consertos e reformas são
realizados quando a máquina ou equipamento já estão quebrados, causando parada
na produção e tomando um longo tempo para reparação.
Já a manutenção preventiva consiste em prevenir ou evita-se a quebra e
paradas das máquinas por providências antecipadas, evitando maiores gastos com
reparos e parada de produção.
A mais eficiente é a manutenção preditiva, em que se acompanha a vida útil das
máquinas efetuando-se inspeções periódicas, medições, leituras, sondagem, etc.
observando o comportamento das máquinas, verificando falhas ou detectando
10
mudanças nas condições físicas, podendo-se prever com precisão o risco de quebra,
permitindo assim a manutenção programada. Ela substitui, na maioria dos casos, a
manutenção preventiva.
Atualmente, a manutenção vem ganhando cada vez mais uma posição
estratégica dentro das empresas. Sem a correta manutenção, uma organização pode
perder a competitividade no mercado, tendo custos elevados, pois a conservação de
seus equipamentos é indispensável para garantir a disponibilidade de ativos da
empresa. Na grande parte das empresas atuais, a manutenção das máquinas é
realizada por um funcionário que faz a vistoria, e quando há anomalias e gerada uma
ordem de serviço. Este tipo de manutenção é caracterizado como manutenção
corretiva. Existe também a manutenção preditiva, na qual são realizadas manutenções
em períodos predefinidos com paradas de máquinas, utilizando dados coletados
anteriormente às paradas para se fazer a manutenção.
A TPM, já citada anteriormente, engloba a manutenção preditiva, e em
indústrias de ponta, atualmente, se faz o uso de sistemas SCADA, através de sensores
nos processos de chão de fábrica, para obtenção de parâmetros de valores contínuos
ou discretos, utilizados para o gerenciamento da produção e manutenção. É neste
ponto que a TPM atinge o seu objetivo final, que é a eficiência global, onde é utilizado o
OEE propriamente dito, fazendo o uso desses dados de chão de fábrica. O OEE irá
mostrar como melhorias em trocas, qualidade, confiabilidade, máquina trabalhando
através de pausas, entre outros fatores, afetam a linha de fundo. Entretanto o processo
de implantação do OEE é um processo complexo que demanda um tempo
relativamente alto para a observação de resultados.
O caminho das informações desde os sensores até o processamento para
obtenção do OEE se dá a partir dos sensores, a partir de onde os dados vão através de
uma estrutura de comunicação industrial, para um CLP (Controlador Lógico
Programável), e depois seguem para a plataforma SCADA que contém o computador
supervisório onde acontecem os cálculos do OEE.
Diante deste cenário, se propõe a implantação de um sistema supervisório que,
a partir de uma planta real de produção, possa-se fazer a aquisição dos parâmetros
necessários para a realização dos cálculos do indicador OEE. A partir disso é feita uma
11
modelagem do processo para a sua simulação, simulação esta de um longo prazo,
possibilitando uma melhor avaliação do maquinário e da estratégia de manutenção
adotada, devido ao baixo tempo de espera para a obtenção de relatórios de
desempenho, o que resultará em uma produção eficiente e diminuição dos custos.
Para realizar as simulações de chão de fábrica será utilizado o software Arena.
A partir destas simulações, fazem-se as aquisições dos dados dos elementos do
sistema produtivo. Ao mesmo tempo em que estas aquisições são realizadas, são
realizados os cálculos do indicador de desempenho.
Visto que este trabalho se baseia nos estudos de um trabalho anterior que
desenvolveu um sistema supervisório simulando a utilização do protocolo OCP como
comunicação entre periféricos industriais, e que na fábrica em questão a alimentação
dos dados para a gestão de produção e manutenção é feita manualmente, será feita
também uma simulação de alimentação automática de dados para o sistema SCADA
supervisório.
A Figura 2 ilustra este sistema proposto.
12
Figura 2: Diagrama de Sistema de Aquisição de Dados utilizado na simulação.
1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS
A abordagem atual da empresa referida com relação à gestão da manutenção e
da produção pode ser melhorada em vários aspectos. Ela se dá de forma que os
operadores, durante o período de trabalho, preenchem um formulário com os dados do
processo, e este é regularmente passado para uma planilha de controle do processo.
Dessa maneira os dados podem ser imprecisos ou até manipulados, prejudicando a
eficiência da gestão propriamente dita.
Uma simulação de sistema supervisório com plataforma SCADA comprovaria a
maior eficiência nesta gestão. Além desta conveniência, os dados gerados pelos
relatórios da simulação de processo são de longo prazo o que permite ter uma previsão
da eficiência da produção no futuro com o poder de facilmente alterar parâmetros,
configurações e estratégias de manutenção e produção. Isso facilitando as decisões a
serem tomadas para manter um OEE favorável.
13
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GERAL
O trabalho objetiva integrar a obtenção de dados da máquina/processo e os
processos de gestão da produção e de manutenção, utilizando um sistema de controle
supervisório (SCADA).
1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Avaliação dos elementos do indicador OEE;
•
Avaliar a relação do OEE com a manutenção e produção;
•
Coletar e analisar as informações (do chão de fábrica) pertinentes ao OEE;
•
Integrar a programação dos programas de supervisão, simuladores e planilha
eletrônica (Microsoft Excel);
•
Calcular o índice OEE do processo/máquina;
•
Apresentar de forma gráfica os dados gerados pelo processo/máquina;
•
Simular e avaliar o sistema SCADA no software de simulação de sistemas de
produção Arena.
•
Apurar os problemas do processo a fim de levantar as ações necessárias para
se obter um índice OEE favorável.
1.4 JUSTIFICATIVA
Um trabalho científico desenvolvido na área de engenharia ganha muito mais
credibilidade ao ser aplicado a uma situação real. Ele chega ao propósito a que foi
criado, e nesta situação é comprovada ou não a sua utilidade e eficiência.
Neste caso o trabalho dará uma boa noção de o quanto uma empresa se
beneficiaria ao aplicar um sistema supervisório como o tratado no trabalho, tanto no
escopo interno da empresa, com os benefícios da facilidade de gestão da produção e
14
da manutenção, da possibilidade de projeções futuras de rendimento, e confiabilidade
na aquisição de dados, como no escopo externo, a credibilidade que um sistema como
esse dá à empresa que o implementa junto aos seus clientes possibilita ainda
oportunidades de crescimento para a empresa.
1.5 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
Os procedimentos metodológicos do projeto são:
•
Levantamento de natureza exploratória sobre os sistemas SCADA no tocante as
suas funcionalidades e ferramentas;
•
Compreensão dos indicadores de manutenção OEE;
•
Estudo do sistema SCADA ElipseE3 e seus componentes;
•
Estudo da teoria de simulação e ambiente ARENA;
•
Desenvolvimento de um modelo da planta em questão;
•
Elaboração e integração do ambiente SCADA para cálculo do indicador OEE;
•
Desenvolvimento de uma interface gráfica de fácil compreensão para usuários;
•
Especificação do sistema de comunicação entre os componentes da arquitetura:
modelo da planta no ARENA e sistema supervisório integrado com os cálculos
dos indicadores;
•
Criação de cenários de avaliação da planta para avaliação do OEE: definição de
parâmetros e configurações da planta no modelo;
•
Aplicação dos dados reais da planta para comparação entre a simulação e os
resultados atuais
•
Identificar as principais causas que contribuem para um baixo índice OEE e
definir possíveis soluções de um modo mais rápido, utilizando as ferramentas já
empregadas no processo.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
15
O trabalho tem por objetivo confirmar a eficiência do trabalho desenvolvido
anteriormente aplicado à uma situação real.
Na introdução do trabalho, será apresentada a proposta a ser desenvolvida, os
objetivos do trabalho, o método de pesquisa e os motivos para se aplicar este sistema.
No capitulo 2 será feita uma revisão bibliográfica primeiramente acerca da valorização
ao longo do tempo da manutenção e os tipos existentes. Também será mostrada a
metodologia TPM, dando ênfase ao indicador OEE. Concluindo a revisão é abordada a
arquitetura SCADA a respeito de supervisório, o padrão OPC destacando sua
viabilidade e praticidade entre cliente/servidor e as características do simulador
ARENA. O capítulo 3, expõe a forma como foi criado o ambiente de simulação para a
aquisição de dados no ARENA . O capítulo 4 trata a forma como serão gerados os
gráficos e a interface gráfica através das funções utilizados no software Elipse. Enfim, o
capítulo 5 destina-se à simulação, à aplicação dos dados reais no sistema e à
identificação dos problemas de eficiência na planta real. Por fim, no capitulo 6, serão
feitas algumas conclusões e sugestões para a implementação real do sistema na
empresa, assim como idéias para futuros trabalhos.
1.7 CRONOGRAMA
Etapas
Início
Término
Pesquisa e aprofundamento 14/03/2012 20/06/2012
Tempo
14 semanas
teórico
Estudo
sobre
Manutenção 28/03/2012 30/04/2012
4 semanas
Industrial
Estudo sobre Software Arena
Desenvolvimento
01/08/2012 30/08/2012
dos 01/08/2012 20/11/2012
softwares supervisório e de
4 semanas
16 semanas
16
simulação
Aplicação dos dados reais ao 01/10/2012 30/11/2012
9 semanas
sistema e estudo da situação
da planta
Escrita da Monografia
14/03/2012 16/11/2012
38 semanas
Tabela 1: Cronograma de Atividades
2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA, Marcio Tadeu. Manutenção preditiva: confiabilidade e confiabilidade, 2008.
BOYER, Stuart A. SCADA: supervisory control and data acquisition, USA, ISA –
Instrument Society of America, 1993.
BRESSAN, Graça. Modelagem e Simulação - ARENA. 2001
DENGLER, Paul. OEE and MES Systems Help Food and Beverage Manufacturers
Reduce
Costs.
2011
Disponível
em:
<http://static.schneider-
electric.us/docs/Automation%20Products/HMIScada%20Software/OEE_MES_for_Food_8000HO1125.pdf>
Acessado
em:
24/06/2011
NAKAJIMA, Seiichi. Introdução ao TPM - Total Productive Maintenance. São Paulo:
IMC Internacional Sistemas Educativos Ltda., 1989.
17
FAVARETTO, Fábio. Uma contribuição ao processo de gestão da produção pelo
uso da coleta automática de dados de chão de fábrica. 2001. Tese de Doutorado do
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, USP, São Carlos.
PRADO, D. S. Usando o Arena em simulação , Série Pesquisa Operacional. Belo
Horizonte: Editora de Desenvolvimento Gerencial,1999.
SANTOS, A. C. O.; SANTOS, M. J. Utilização do Indicador de Eficácia Global de
Equipamentos (OEE) na Gestão de Melhoria Contínua do Sistema de Manufatura.
2007. 10 f. UNIFEI.
JAPAN INSTITUTE OF PLANT MAINTENANCE. What is TMP. Disponível em
<http://tpm.jipms.jp/tpm/index.html>. Acesso em 22 set. 2011.
IDHAMMAR WHITEPAPER. Implementing OEE Systems. Disponível
em <
http://www.idhammarsystems.com/uploaded_images/docs/t3p85c6IDH_Best%20Practi
ce%20Implementation_OEE%20Whitepaper4_March2010.pdf>. Acesso em 22 set.
2011.
FERRARIN,
Fabrício.
V.;
RODRIGUES,
Alan.
F;
OLESKO,
Pedro.
G.
M.
Especificação e desenvolvimento de um ambiente para avaliação de indicador de
desempenho OEE baseado em simulação e arquitetura SCADA. 2011. 67 f.
Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação, (Engenharia Industrial Elétrica –
Ênfase em Automação) – Departamento Acadêmico de Eletrotécnica, Universidade
Tecnológica Federal do Paraná, 2011.
18
WYREBSKI, Jerzy. Manutenção produtiva total. Dissertação de Mestrado, (Pós
Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas), Universidade Federal de Santa
Catarina, 1997.