ARTIGO

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ARTIGO CIENTÍFICO
Benefícios para a gestão da produção trazidos pelo chão de fábrica
conectado
Benefits for production management brought by the connected factory
floor
Carlos Sergio da Rocha,
Especialista em Administração da Produção – Inteligência Industrial,
Universidade Nove de Julho, UNINOVE
01156-050, São Paulo, SP,
E-mail:rochacs@gmail.com
Claudineia Helena Recco, Mestre,
Universidade Nove de Julho, UNINOVE
01156-050, São Paulo, SP,
E-mail: ch_recco@yahoo.com.br
Resumo
A maioria das máquinas encontradas em operação no ambiente fabril possui a capacidade de
se conectar a sistemas de informação via softwares específicos conhecidos como Servidores
OPC e Coletores de Dados. Em geral as máquinas industriais são desenvolvidas com sua
automação gerenciada por um CLP (Controlador Lógico Programável), que permite que se
capture os estados, as memórias, destes CLPs as quais representam dados em tempo real da
produção. De posse dos dados é possível desenvolver relatórios de apoio a decisões referentes
a investimentos na máquina ou linha de produção, onde aplicá-los e quais as principais
oportunidades de melhorias do processo, levando em conta as perdas em tempo de produção
atuais.
Palavra chave: Fábrica conectada, produtividade, OEE.
Abstract
The majority of industrial machinery nowadays found on the factories floor, have Ethernet
connection enabled with the capacity to connect with information systems known as OPC
Servers and Data Acquisition Systems, the common approach is to use a PLC (Programmable
Logic Controller) to handle the machine automation, in this way the data collection of real
time production information is possible and can be used to build reports to support decision
making about machinery and production line investments and also where to apply, indicating
the best opportunities to improve the process and productivity, considering the actual
production time losses.
Key Word: Connected factory, efficiency, OEE.

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Introdução
Este trabalho irá exemplificar uma forma de obter dados da operação de uma linha de
produção e alguns dos benefícios para a administração da produção que podem ser obtidos
devido ao fato dos equipamentos e máquinas das linhas de produção estar conectados em
rede, em boa parte das fábricas atuais e em todos os novos projetos de automação industrial.
Muitas vezes os gestores, líderes e planejadores das fábricas não possuem o
conhecimento sobre a capacidade de extrair dados das suas linhas de produção e das
ferramentas que podem transformá-los em informações preciosas para a correta tomada de
decisão, seja para estimar a capacidade de uma linha ou para rever o plano de manutenção
preditiva ou ainda justificar um projeto de melhoria.
Pretende-se exemplificar a forma de se obter dados dos equipamentos e máquinas
conectadas e suas capacidades de gerar dados e como produzir informações para tomada de
decisão para beneficiar os gestores da produção. Serão listadas as características dos
dispositivos e componentes das máquinas da produção que permitem a extração de dados da
linha de produção, apontar equipamentos disponíveis no mercado que podem auxiliar na
conectividade das máquinas, elencar os protocolos de comunicação, equipamentos e softwares
necessários para coleta e análise de dados.
Tem se ouvido falar sobre a quarta revolução industrial que será trazido pela chamada
fábrica digital, porém muito do que se necessita para implantação desta fábrica digital já se
encontra no chão de fábrica há alguns anos, os equipamentos já são integrados em diversos
tipos de redes industriais e de informação há mais de 10 anos, porém o paradigma do chão de
fábrica apartado da rede corporativa e de sistemas de banco de dados persiste em muitas
corporações, deixando de lado as oportunidades de coletar e produzir informação destes
equipamentos que já se encontram instalados, disponíveis para compor a informação que hoje
é vital para tomada de decisão.
Como identificar as oportunidades ou ainda justificar um projeto de melhoria de uma
linha se não se tem um relatório de paradas de máquina confiável, livre da interferência de
pessoas envolvidas diretamente com a performance da linha e com as causas de parada da
mesma? Sempre haverá o conflito de interesse no apontamento manual do operador que
poderá ser penalizado ou mesmo penalizar um colega pela informação anotada.
Desta forma deve-se utilizar das tecnologias atuais para fazer esta coleta de forma
automatizada.

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A rede Ethernet já permeia o chão de fábrica há mais de 10 anos conectando os
sistemas SCADA (supervisory control and data acquisition – sistema supervisório, controle e
aquisição de dados) com as linhas de produção, em sua maioria através dos CLPs
(controladores lógicos programáveis) que são os “cérebros” ou “controladores” das linhas de
produção modernas (os CLPs surgiram na década de 60 e se popularizaram no Brasil nos anos
90 com a abertura do mercado de tecnologia). Os CLPs produzidos nos últimos 15 anos em
sua maioria possuem capacidade de conectar-se na rede Ethernet, a mesma rede dos
computadores PC.
Temos disponíveis no mercado PCs industriais que são capazes de suportar o ambiente
hostil das fábricas, de forma que podemos até mesmo instalar o computador a ser utilizado
para coleta de dados na própria linha de produção.
Softwares para conexão com dispositivos fabris também podem ser encontrados, em
geral sob o nome de OPC Server (Servidor OPC), OPC é um protocolo largamente utilizado,
seu nome vem de OLE for Process and Control, OLE vem de Object Linking and Embedding,
ou seja, este protocolo permite ligar equipamentos industriais a softwares desenvolvidos, por
exemplo, em plataforma Windows, Java e até mesmo diretamente em planilhas Excel.
A última peça do quebra cabeça para produção dos dados é o software para armazenar
os dados que pode até mesmo ser um documento Excel que irá coletar e armazenar os dados.
1. Equipamentos de automação
Os sistemas automatizados são compostos de vários elementos, como elenca
GEORGINI (2000), os principais são:
• Acionamento: provê o sistema de energia para atingir determinado objetivo.
É o caso dos motores elétricos, pistões hidráulicos etc.;
• Sensoriamento: mede o desempenho do sistema de automação ou uma
propriedade particular de algum de seus componentes. Exemplos: termopares
para medição de temperatura e encoders para medição de velocidade;
• Controle: utiliza a informação dos sensores para regular o acionamento. Por
exemplo, para manter o nível de água num reservatório, usamos um
controlador de fluxo que abre ou fecha uma válvula, de acordo com o
consumo. Mesmo um robô requer um controlador, para acionar o motor
elétrico que o movimenta, contém os programas que interpretam as

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informações de processo e permitem controlar as interações entre os diversos
componentes.
O controle na grande maioria das máquinas está a cargo do CLP e seu programa e
como citado anteriormente é o CLP possui a capacidade de conectar a máquina e seus dados
de processo à rede Ethernet.
Desde 2005 a Rockwell Automation, líder de mercado mundial de CLP, disponibiliza
equipamentos de pequeno a grande porte com porta Ethernet, o menor deles sendo o
MicroLogix 1100 apresentado na figura 1, certamente os demais fabricantes de CLP na
mesma época também começaram a ofertar equipamentos com a mesma funcionalidade, desta
forma máquinas que possuem em torno de 10 anos de vida tem uma grande chance de
possuírem um CLP com conector Ethernet ROCKWELL AUTOMATION (2015).
Figura 1: Exemplo de PLC – Micrologix 1100 com porta Ethernet
Fonte: Adaptado de ROCKWELL AUTOMATION, 2015
2. Softwares para conexão com o PLC e coletar dados
O software para se conectar ao CLP é o Servidor OPC, o mais utilizado servidor OPC
do mercado é o RSLinx Classic, ROCKWELL AUTOMATION (2015-10), porém este
apenas se conecta com equipamentos das marcas Rockwell e Allen Bradley, a função do

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servidor OPC é uma vez que a configurada a conexão ao CLP disponibilizar os dados
contidos no mesmo via protocolo OPC.
Outro exemplo de servidor OPC largamente utilizado é o Kepserver da empresa
Kepware, KEPWARE (2016), que é capaz de se conectar com a grande maioria dos CLPs
disponíveis no mercado de diversos fabricantes, cobrindo mais de 90% do mercado de CLPs.
Uma vez instalado e configurado o software do tipo servidor OPC em um computador
pode-se utilizar um outro software para fazer as requisições de dados ao servidor OPC.
Quanto aos softwares para coletar e armazenar os dados disponibilizados em OPC no
mercado existe:
Softwares de gerenciamento de transações de dados como o FactoryTalk Transaction
Manager, ROCKWELL AUTOMATION (2016), ou GE Proficy Historian, (GE 2016), que
tem diversas funcionalidades de comunicação tanto com o OPC Server como com bancos de
dados onde serão armazenadas as informações, e toda estrutura necessária para gerar as regras
e configurar condições nas quais os dados serão gravados.
Softwares desenvolvidos sob medida, por exemplo, um coletor de dados pode ser
criado utilizando-se de ferramentas e linguagens de programação como o C#, Net, Java e até
mesmo, para agilidade no desenvolvimento e baixo custo pode-se usar o VBA em Excel como
será mostrado adiante. A figura 2 ilustra a sequencia de conexão entre o CLP, Servidor OPC e
Software de Coleta.
Figura 2: Comunicação entre os componentes do sistema
Fonte: Própria

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Obs.: Muitas vezes temos o software de coleta e o servidor OPC instalados e em
execução em um mesmo equipamento.
3. Exemplo prático
Será demonstrado como desenvolver uma planilha Excel para coleta de dados de uma
máquina de embalagem de fraldas controlada por um clp da Rockwell Automation, utilizando
o OPC Server RSLinx Classic porém o mesmo conceito se aplica a outros tipos de máquinas
bem como clp´s de outros fabricantes.
A primeira análise a ser feita é identificar onde as informações sobre a operação da
máquina estão armazenadas no CLP, ou seja, identificar os endereços de memória, o resultado
dessa atividade deve ser uma tabela como a tabela 1.
Tabela 1: Lista de Memórias e funções
Fonte: Própria
Se a máquina estiver em execução e produzindo teremos a memória B3:0/0 que é uma
tag(memória) tipo bit com valor=1 caso a máquina pare apresentando uma falha B3:0/0 vai
para valor=0 e a tag B3:0/1 assume valor=1 a tag N7:0 irá apresentar o código da falha.
O estado B3:0/0=1 e B3:0/1=1 não é permitido uma vez que a lógica da máquina não
permite que entre em execução se a mesma estiver com falha ativa. Os valores das memórias
B3:0/0 e B3:0/1 e os respectivos estados da máquina estão sumarizados na tabela 2.
B3:0/0 B3:0/1 Estado da Máquina
0 0 Ociosa
0 1 Parada em Falha
1 0 em produção
1 1 Não permitido
Tabela 2: Estados da máquina
Fonte: Própria

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Este tipo de análise requer conhecimento de programação na linguagem do CLP (em
geral Ladder) da estrutura de memória do mesmo e uma noção do processo em questão, do
ponto de vista de recursos técncos é necessário o uso do software de programação e
configuração do CLP, neste caso RSLogix 500 da Rockwell Automation.
De posse destas informações pode-se criar uma planilha (tabela 3) para refletir o
comportamento da máquina ao longo do tempo em que cada linha indica a transição de estado
da mesma.
Tabela 3: Exemplo de Coleta de dados
Fonte: Própria
Para automatizar o preenchimento da planilha apresentado na tabela 3 pode ser feita
uma programação em VBA, o primeiro passo, porém é vincular as memórias listadas na
tabela 1 com a planilha Excel isso é feito através de um vínculo com o servidor OPC,
demonstrado no apêndice 1, o próximo passo é criar a lógica que inspeciona os valores das
memórias e associa os estados listados na tabela 2 preenchendo corretamente as colunas com
o horário da transição dos estados (timestamp) e o código da falha proveniente da memória
N7:0.
A lógica em VBA que efetua a gravação das linhas é apresentada no apêndice 2.
4. Análise dos dados do exemplo
A tabela 3 nos mostra 7 falhas ocorridas durante 3 turnos de produção, nos indica
também qual foi o tempo total em falha e o tempo total sem produção a partir de cada falha, a
partir destes dados podemos sumarizar os seguintes resultados:
Tempo amostrado: das 8:01:52 do dia 07/04 às 6:09:54 do dia 08/04 totalizando:
22h8min:2seg.
Tempo total em falha: 2h:12min:11seg

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Tempo total sem produção: 3h:44:21seg
Quantidade de falhas / tempo total em falha:
Código de falha 551 – 3 falhas / 7min:37seg
Código de falha 559 – 3 falhas / 1h:59min:42seg
Código de falha 557 – 1 falha / 4min:52seg
De posse destas informações fica evidente em qual ponto a gestão deve colocar sua
atenção em primeiro lugar, apesar da falha 551 ocorrer na mesma quantidade da falha 559 o
impacto da 559 na produção é da ordem de 15 vezes maior, a não ser que as falhas 551 e 559
estejam de alguma forma relacionadas, por exemplo mesmo conjunto mecânico ou mesma
parte do processo, deve-se concentrar os esforços em minimizar as causas da falha 559.
Outro ponto que chama a atenção é que a máquina ficou em falha por 2h:12min porém
sem produção por 3h:44min uma diferença de 1h:32min que representa mais de 8% do tempo
de produção total do período amostrado. Uma investigação da causa de tanto tempo
dispendido como ocioso, seguido das ações para melhoria do restabelecimento mais rápido da
produção pode levar a um ganho de produtividade expressivo.
Os dados mostram que simplesmente saber quantas falhas ocorrem em um
determinado período e mesmo a quantidade de cada uma delas, não é suficiente para balizar a
tomada de decisão, no entanto quando gravamos o tempo dispendido em cada evento de falha
e a respectiva falha desta forma teremos a informação necessária para traçar uma estratégia
para melhoria.
5. Ampliando a análise ao incluir dados de produção
Conforme cita A. J. de RON (2005), podemos ampliar a análise utilizando a eficiência
dos equipamentos, no item anterior foi mostrado como se beneficiar dos dados obtidos para
entender os principais defeitos causadores de tempo de parada da máquina, porém há uma
outra informação relevante que se deve considerar a produtividade obtida confrontando a com
a produtividade especificada pelo fabricante ou projetista da máquina ou linha de produção.
Na tabela 3 pode-se verificar que no período amostrado 22h:8min:2seg, ocorreu um
tempo total sem produção de 3h:44min:21seg, o que deixa para produção efetiva
18h:23min:41seg. A máquina de embalagem de fralda deste exemplo tem a capacidade
nominal de separar e embalar 100 fraldas por minuto. Com o mesmo recurso usado para gerar

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a tabela 3 pode-se registrar a produção efetiva através da gravação da memória N7:1 (fraldas
processadas) a cada minuto e ao fazer a soma confrontar com a produtividade esperada.
Para as 18h:23min:41seg a produção esperada é de 18x60x100 + 23x100 +
(41/60)x100 = 110368 fraldas embaladas.
Ou seja, descontados os tempos de não produção: falhas e ociosidade, deveria se ter o
resultado próximo do nominal para o período de produção efetivo, caso o valor obtido esteja
abaixo do calculado, deve-se procurar por oportunidades de ajuste de equipamento para se
atingir a produtividade nominal do mesmo.
6. Considerações sobre custos de implantação
Para implantação de um sistema simples de coleta como apresentado, pode-se citar os
custos estimados a seguir.
Hardware:
Computador industrial com sistema Windows e Office – 10.000,00
Infra-estrura de rede – 1.000,00
Software:
Servidor OPC – 4.000,00
Serviços técnicos:
40 horas de engenharia de automação – 12.000,00
Os valores dos equipamentos e softwares tem como base projetos recentes nos quais o
autor deste trabalho atuou, pesquisa em sites como de vendas: Mercado Livre, OLX e ebay, as
horas de engenharia foram estimadas com base em trabalhos semelhantes desenvolvidos pelo
autor nos últimos anos e consultas informais a fornecedores de equipamentos e serviços de
automação industrial e sites: SMALL PC (2016), WENER ELETRIC (2016).
Com um investimento total da ordem de 27.000,00 é possível implementar um sistema
de coleta simples em uma linha ou máquina industrial.
7. Conclusão
Demonstrou-se como obter dados de produção e se beneficiar dos mesmos do ponto
de vista da administração, foi sugerido como escolher as oportunidades que podem ser

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trabalhadas uma vez que se têm claramente as principais falhas ocorridas não somente
olhando a quantidade de ocorrências, mas principalmente observando o seu impacto na
produção evidenciado pelo tempo para recuperação da falha, bem como o real rendimento das
máquinas e linhas de produção.
Quanto ao custo, para uma quantidade pequena de “memórias” registradas a ordem de
grandeza dos valores estimados deve refletir o praticado em 2016 pelos fornecedores de
serviços e componentes para automação industrial, a quantidade de horas necessárias irá
refletir diretamente a experiência do engenheiro de automação contratado, para minimizar o
risco deve-se procurar um profissional que já tenha feito este tipo de trabalho.
O investimento da ordem de 30.000,00 faz sentido se o investimento total na linha ou
máquina previsto é a partir da ordem de 600.000,00, onde a ideia seria investir na análise uma
porcentagem pequena do investimento total de forma a direcionar o mesmo da melhor
maneira possível, atacando as oportunidades que podem trazer o maior retorno.
Este investimento inicial não se perde totalmente, principalmente o software e o
hardware podem ser utilizados no mesmo projeto para continuar a monitoração da linha ou
ainda servir de plataforma de análise para demais linhas da fábrica, até mesmo as horas de
engenharia investidas na produção da versão inicial da aplicação de coletas podem ser
utilizadas caso algum técnico ou engenheiro da própria fábrica tenha feito o acompanhamento
do trabalho e tenha sido contratada a transferência de tecnologia e documentação da solução.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GEORGINI, M. Automação aplicada: descrição e implementação de sistemas sequenciais
com PLC’s. São Paulo. Erica, 2000.
A. J. de RON ; Syst. Eng. Group, Eindhoven Univ. of Technol., Netherlands ; J. E. Rooda.
Equipment effectiveness: OEE revisited. IEEE Transactions on Semiconductor
Manufacturing (Volume:18 , Issue: 1 ) 2005.
ROCKWELL AUTOMATION, Micrologix Programmable Controller Selection Guide,
2015-08. Disponível em:
<http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/sg/1761-sg001_-
en-p.pdf>. Acesso em 02/Maio/2016.

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ROCKWELL AUTOMATION, RSLinx Classic Getting Results Guide, 2015-10.
Disponível em:
<http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/gr/linx-gr001_-en-
e.pdf >. Acesso em 04/Maio/2016.
ROCKWELL AUTOMATION, FactoryTalk Transaction Manager - página do produto,
2016, Disponível em:
<http://www.rockwellautomation.com/rockwellsoftware/products/factorytalk-transaction-
manager.page >. Acesso em 04/Maio/2016.
GE, Proficy Historian – página do produto, 2016 Disponível em:
<http://www.geautomation.com/products/proficy-historian>. Acesso em 04/Maio/2016.
KEPWARE, Kepserver EX Manual, 2016 – Disponível em:
<https://www.kepware.com/products/kepserverex/documents/kepserverex-manual/>. 2016.
Acesso em 10/Maio/2016.
SMALL PC, Price List, Disponível em: http://www.smallpc.com/prod_sc240_pricelist.php>.
2016. Acesso em 10/Maio/2016.
WERNER ELETRIC Web Site. Disponível em:
<https://www.wernerelectric.com/Product/131147/level4>. 2016. Acesso em 10/Maio/2016.

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Apêndice 1
Configuração do OPC Server
Temos a tela capturada do software RSLinx Classic na Figura 4, onde podemos ver os
diversos drivers previamente configurados, dentre eles o AB_ETHIP que se destina aos
produtos da marca Allen Bradley com porta Ethernet.
Figura 3: Tela do Software RSLinx Classic – Drivers de comunicação configurados
Fonte: Própria

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Um tópico OPC se refere a um CLP, o Servidor OPC pode ter mais de um tópico, ou
seja pode prover dados aos sistemas de coleta provenientes de mais de um CLP
simultaneamente. As figuras: Figura 4 e Figura 5 ilustram os passos para criar um tópico, que
se completam com poucos cliques e ao dar nome ao mesmo.
Figura 4: Configuração do Tópico OPC
Fonte: Própria

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Figura 5: Configuração do Tópico OPC Associando o PLC ao novo tópico
Fonte: Própria

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Apêndice 2
Vínculo com Excel e código VBA para automatizar inclusão dos registros.
Com o tópico criado pode-se demonstrar como vincular os valores disponíveis no
servidor OPC com uma célula do Excel nas figuras 6, 7, 8 e 9.
Figura 6: Criação do Vínculo com o Excel – Passo 1
Fonte: Própria
Fonte: Própria

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Escolhe-se um endereço inicial, por exemplo: [OPC_PACKING1]B3:0/0,L1,C1
No Excel iremos colar um vínculo dinâmico ilustrado como nas Figuras 8 e 9.
Fonte: Própria

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Deve-se escolher Paste link (Colar vínculo) para utilizar a troca de dados do tipo OLE
do Windows, caso use o colar convencional irá apenas trazer o texto do endereço da memória
do CLP.
Fonte: Própria
O resultado esperado será como na Figura 10
Figura 10: Valor da memória do CLP vinculado no Excel
Fonte: Própria

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Pode-se copiar e colar a tag alterando apenas o endereço, para capturar todas as
memórias necessárias, as outras duas celuas devem ficar da seguinte forma:
=RSLINX|OPC_PACKING1!'B3:0/1,L1,C1'
=RSLINX|OPC_PACKING1!'N7:0/1,L1,C1'
As Macros desenvolvidas para registrar os valores são mostradas nas figuras 11 e 12.
Figura 11: Códigos VBA de Declarações de variáveis, Sub inicializa e Sub OnTimeMacro
Fonte: Própria
Figura 12: Códigos VBA de Declarações de variáveis, Sub inicializa e Sub OnTimeMacro
Fonte: Própria

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Parte da lógica de gerenciamento de falhas no PLC
Na Figura 13 a título de ilustração podemos ver uma parte da logica e alarmes
indicando os endereços e os comentários referente a alguns códigos de falha por exemplo, o
código 559 pela código apresentado se refere ao sensor de falta de fraldas (Out of Dipers)
associado ao endereço B3:0/5, porém capturando o valor do endereço de memória N7:0 e de
posse de uma tabela que relaciona o código da falha à causa pode-se incrementar o relatório
mostrado na Figura 14 com o descritivo das falhas.
Figura 13: Excerto da lógica de
Fonte: Própria

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Implementou-se uma lógica de simulação no PLC para geração aleatória dos estados e
falhas desta forma pode-se obter um exemplo de coleta, mostrado na Figura 14 corroborando
a funcionalidade dos códigos VBA apresentados neste apêndice.
Figura 14: Exemplo da coleta gerada por simulação no CLP
Fonte: Própria

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