INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO ESPÍRITO SANTO CAMPUS CACHOEIRO DE ITAPEMIRIM (IFES)
SISTEMA DE INFORMAÇÃO
SAULO TAVARES SEVERO NETO
ROCHAS 4.0: O USO DO EQUIPAMENTOS IOT DE BAIXO-CUSTO PARA A AUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSO DE DIGITALIZAÇÃO DE ROCHAS
ORNAMENTAIS.
Cachoeiro de Itapemirim 2022
ROCHAS 4.0: O USO DO EQUIPAMENTOS IOT DE BAIXO-CUSTO PARA A AUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSO DE DIGITALIZAÇÃO DE ROCHAS
ORNAMENTAIS.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Co- ordenadoria do Curso de Sistemas de Informação do Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Ca- choeiro de Itapemirim, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Sistemas de Informação.
Orientador: Rafael Silva Guimarães
Cachoeiro de Itapemirim 2022
(Biblioteca do Campus Cachoeiro de Itapemirim)
CDD: 005.133 Bibliotecário/a: Renata Lorencini Rizzi CRB6-ES nº 085
S498r Severo Neto, Saulo Tavares.
Rochas 4.0: o uso do equipamentos IOT de baixo-custo para a
automatização do processo de digitalização de rochas ornamentais / Saulo Tavares Severo Neto. - 2022.
53 f. : il. ; 30 cm..
Orientador: Rafael Silva Guimarães
TCC (Graduação) Instituto Federal do Espírito Santo, Campus Cachoeiro de Itapemirim, Engenharia de Minas, 2022.
1. Linguagem de programação (Computadores). 2. Arduino (Controlador programável). 3. Rochas ornamentais - Indústria . I. Guimarães, Rafael Silva.
II.Título III. Instituto Federal do Espírito Santo.
INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
FOLHA DE APROVAÇÃO-TCC nº 14/2022-CAI-CCSI Protocolo nº 23151.003624/2022-74
Cachoeiro De Itapemirim-ES, 02 de setembro de 2022
SAULO TAVARES SEVERO NETO
ROCHAS 4.0: O USO DO EQUIPAMENTOS IOT DE BAIXO-CUSTO PARA A AUTOMATIZAÇÃO DO PROCESSO DE DIGITALIZAÇÃO DE ROCHAS ORNAMENTAIS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Coordenadoria de Sistemas de Informação do Ins tuto Federal do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção de tulo de Bacharel em Sistemas de Informação
Aprovado em 05 de agosto de 2022 COMISSÃO EXAMINADORA D.sc. Rafael Silva Guimarães
Ins tuto Federal Do Espírito Santo - Campus Cachoeiro de Itapemirim Orientador
D.sc. Lucas Poubel Timm do Carmo
Ins tuto Federal Do Espírito Santo - Campus Cachoeiro de Itapemirim Esp. Antônio Izo Júnior
Ins tuto Federal Do Espírito Santo - Campus Cachoeiro de Itapemirim
(Assinado digitalmente em 06/09/2022 13:02 )
ANTONIO IZO JUNIOR
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO- SUBSTITUTO
CAI-CCSI (11.02.18.01.08.02.13) Matrícula: 3240051
(Assinado digitalmente em 03/09/2022 08:31 )
LUCAS POUBEL TIMM DO CARMO
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO CAI-CCSI (11.02.18.01.08.02.13)
Matrícula: 2417426
(Assinado digitalmente em 02/09/2022 17:29 )
RAFAEL SILVA GUIMARAES
PROFESSOR DO ENSINO BASICO TECNICO E TECNOLOGICO CAI-CCSI (11.02.18.01.08.02.13)
Matrícula: 1919203
Para verificar a autenticidade deste documento entre em https://sipac.ifes.edu.br/public/documentos/index.jsp informando seu número: 14, ano: 2022, tipo: FOLHA DE APROVAÇÃO-TCC, data de emissão: 02/09/2022 e o código de verificação:
79425315f4
DECLARAÇÃO DO AUTOR
Declaro, para fins de pesquisa acadêmica, didática e técnico-científica, que este Trabalho de Conclusão de Curso pode ser parcialmente utilizado, desde que se faça referência à fonte e ao autor.
Cachoeiro de Itapemirim, 3 de Novembro de 2022.
Saulo Tavares Severo Neto
Toda cainhada tem um fim, e é através do TCC, que selamos a nossa finalização em um curso superior. E quando paro para pôr a mão na cabeça consciência, e reflito sobre tudo que passei até chegar até aqui", eu sinto um sentimento de muito orgulho tenho de minha pessoa, e também de muita gratidão por tudo que passe e por todos que colaboram para eu chegar neste momento de conclusão do curso de sistemas de informação. É claro, isso tudo é fruto de muita luta, persistência e dedicação; porém, nunca esquecerei de ser humilde e reconhecer todos os fatores que culminaram chegar até aqui. Nessa jornada, agradeço por todo aprendizado que tive, experiência que daiquiri e pessoas que passaram pela minha vida. Pois, não se enganem, se pensas que as pessoas ao cruzarem pela nossa vida, não determinam a onde vamos chegar.
Primeiramente gostaria eu gostaria de agradecer a instituição e que estou me formando, o IFES campus Cachoeiro de Itapemirim. Foi um grande desafio grande para mim estudar nesta intituiçã0, o nível de exigência cobrado em relação estudo dos alunos muito acima do normal. O que forma o diferencial IFES, gerando grandes profissionais que podem resolver qualquer problema, enquanto oficio de seu trabalho. Sou grato por essa exigência, me fez enxergar um potencial em mim, nunca visto antes, me ajudou ter disciplina e dedicação em tudo o que eu fizer. Se reprovei em algumas matérias durante a graduação, também sou grato, foi uma oportunidade de me dedicar ainda mais e poder aprender o que eu não aprendi; e o que já tinha aprendido, pude lapidar.
Por fim, deixo minha gratidão ao IFES pelos valores passados pela instituição, que agregou para minha formação de caráter, pregando pela igualdade, justiça e compaixão ao próximo.
Devo ressaltar meus profundos agradecimento a empresa Sigma Granitos que me oportunizou está desenvolvendo software para eles, gerando assim o tema do meu trabalho, foi imprescindível vocês a ajuda de vocês na minha finalização do curso.
Obrigado por abrirem a porta da empresa de vocês para estar realizando esse projeto final foi de bastante aprendizado ter passado por essa experiência.
Preciso dar mérito as pessoas que passaram na minha vida durante a minha caminhada de formando; as pessoas que me apoiaram, que me indicaram a oportunidades e infelizmente a pessoas que já se partiram, mas foram imprescindíveis na minha vida!
Agradeço a toda a minha família que sempre me apoiou, principalmente meus pais, estando sempre que podiam do meu lado e se sacrificaram para ir atras de minhas conquistas. Sou grato também, aos meus professores e amizade construída com eles, muitos me indicaram para vários estágios e projetos. Mas, isso não significa que eram "bonzinhos", pelo contrário, exigiam bastante em suas disciplinas, que acabavam nos forçando como alunos, a entregar o nosso melhor em atividades que pareciam impossíveis. Não posso esquecer dos meus amigos, tanto o que fiz na faculdade, quanto os já estavam do meu lado. Estes me ajudavam a sair um pouco da rotina e desestressar pela pressão exigida do IFES; e inclusive muitos eu me inspirava. Mas acima de todas as pessoas que me apoiaram a seguir a alcançar esses objetivos.
Por fim, obrigado a todos, e principalmente a Deus, por estar do seu lado, ter colocado todas essas pessoas estiveram comigo e a todos momentos que passei até aqui, cada acontecimento foi importante para chegar onde cheguei; carregarei cada lembrança no meu coração. Isso não é uma carta de despedida ao IFES, mas sim, o fim de uma jornada. Obrigado a todos que confiarem em mim.
RESUMO
O presente trabalho abordará o desenvolvimento e implantação de uma tecnologia 4.0 para o setor de rochas ornamentais. Sua função é de automatizar o processo de captura de fotografias de chapas acabadas, nomeando o arquivo gerado e armazenando no computador. isso tudo, é feito de forma padronizada, buscando autonomia do software ao máximo de ações possíveis, com intuito de minimizar a dependência humana durante o processo. A arquitetura do sistema é composta por dispositivos de baixo custo para exercer a função de captura de fotografia, evidenciando na prática os benefícios da indústria 4.0 sem precisar de realizar altos investimentos. Em virtude disso, o objetivo principal, é mostrar as empresas do ramo de rochas ornamentais um caminho para modernizarem-se, seguindo em direção ao modelo de indústria da 4ª Revolução industrial. Por consequência disso, em conjunto com o sistema, às organizações terão ganho de produtividade e eficiência no processo de produção de chapas.
Palavras Chaves: Rochas ornamentais, chapas, automatização, automação, industria 4.0, acabamento
This work will address the development and implementation of a 4.0 technology for the ornamental stone sector. Its function is to automate the process of capturing photographs of finished plates, naming the generated file and storing it on the computer.
All of this is done in a standardized way, seeking software autonomy with as many actions as possible, with the aim of minimizing human dependence during the process. The system architecture consists of low-cost devices to perform the photo capture function, showing in practice the benefits of Industry 4.0 without requiring high investments. As a result, the main objective is to show dimension stone companies a way to modernize, moving towards the industry model of the 4th Industrial Revolution. As a result, along with the system, organizations will gain productivity and efficiency in the sheet metal production process.
Keywords: Ornamental rocks, polishing, automation, automate, industry 4.0
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Dispositivo para acabamento politriz de esteira automática . . . 16
Figura 2 – Disposistivo microcontrolador . . . 26
Figura 3 – Arquitetura e comportamento do sistema . . . 29
Figura 4 – Chave de fim de curso . . . 31
Figura 5 – Dispositivo microcontrolador Arduino . . . 32
Figura 6 – Modulo de expansão Ethernet Shild para o Arduino . . . 33
Figura 7 – Dados enviados para rede pelo Arduino . . . 34
Figura 8 – Representação em diagrama da classe rocha . . . 35
Figura 9 – Representação ilustratuva do armzenamento das imagens geradas e sua estrutura de organização/sistemas de arquivos . . . 37
Figura 10 – Imagem representativa de como o sisttema de captura automática foi implementado . . . 38
Figura 11 – Tela inicial do sistema de captura . . . 39
Figura 12 – Notificação de software operável, notificação de erro e notificação de exceção . . . 40
Figura 13 – Tela de operação de capturas de fotos automáticas . . . 41
Figura 14 – Operação de capturas de fotos automáticas em execução . . . 42
Figura 15 – Alertas de erro na tentativa de inciar o procedimento de captura . . 43
Figura 16 – Tela de capturas manuais da chapa . . . 44
Figura 17 – Tela de capturas manuais da chapa . . . 44
Figura 18 – Gráfico comparativo entre processos de captura de fotografia . . . . 45
Figura 19 – Organização dos arquivos de imagem de chapas capturadas . . . . 46
Figura 20 – Tela de listagem das chapas . . . 47
Figura 21 – Processo de listagem de chapas . . . 48
1 APRESENTAÇÃO DO TEMA . . . . 13
1.1 Introdução . . . 13
1.2 Justificativa . . . 15
1.3 Objetivo Geral . . . 16
1.4 Objetivos Específicos . . . 17
1.5 Organização do Trabalho . . . 18
2 REFÊRENCIAL TEÓRICO . . . . 19
2.1 Indústria 4.0 . . . 19
2.1.1 Princípios de indústria 4.0 . . . 20
2.1.2 Pilares da indústria 4.0 . . . 21
2.1.3 Impactos da indústria 4.0 . . . 22
2.2 Intenet das coisas(IoT) . . . 23
2.2.1 Estrutura para construção da IoT . . . 25
2.3 Microcontroladores . . . 26
3 MATERIAL E MÉTODOS . . . . 29
3.1 Arquitetura e Componentes do sistema . . . 29
3.2 Sensor chave de fim de curso . . . 30
3.2.1 Chave de fim de curso no projeto . . . 31
3.3 Arduino . . . 31
3.3.1 A atuação do Arduino no sistema . . . 33
3.3.1.1 A comunicação do Arduino na rede local . . . 33
3.4 Codificação em Java . . . 34
3.4.1 Comunicação do sistema com o Aduino . . . 35
3.4.2 Armazenmaneto das imagens capuradas . . . 36
4 RESULTADOS . . . . 38
4.1 Representação da distibuição da arquitetura do sistema . . . 38
4.2 Interface do sistema de captura . . . 39
4.2.1 Tela inicial do sistema . . . 40
4.2.2 Tela de captura de fotos automáticas . . . 40
4.2.3 Tela de captura de foto manual . . . 43
4.2.3.1 Comparação entre formas de captura . . . 44
4.2.4 Estrutura organizacional de armazenamento das imagens e nome- clatura dos diretório e arquivos . . . 46
4.2.5 Tela de listagem das imagens das chapas . . . 46
5 CONCLUSÃO . . . . 49
5.1 Análise Geral do Trabalho . . . 49
5.2 Trabalhos Futuros . . . 49
REFERÊNCIAS . . . . 52
1 APRESENTAÇÃO DO TEMA
1.1 INTRODUÇÃO
Nos dias atuais existem cada vez mais tecnologias para automação de tarefas que auxiliam as pessoas no seu dia-dia. Sejam elas inseridas em ambientes domésticos;
como dispositivos inteligentes capazes de facilitar atividades rotineiras, ou dentro de rotinas empresariais, como grande aliado das indústrias. Tecnologias como essas, evidenciam a evolução da TI, onde historicamente presenciamos mais uma revolução, a 4ª revolução industrial, a aclamada INDÚSTRIA 4.0.
O termo foi utilizado pela primeira vez em 2011 na Alemanha como parte de um projeto governamental, cujo objetivo era potencializar as indústrias alemãs através de inovações tecnológicas(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017). Este fenômeno modificou os processos de produção das empresas, permitindo digitalizarem-se, possibilitando abrirem mão de trabalho manual e repetitivo, na utilização de soluções tecnológicas mais eficientes. Seu conceito de indústria 4.0, trata-se da integração entre automação industrial e diferentes tipos de tecnologia(Internet das coisas, sistemas ciberfísicos, etc), concebendo máquinas mais "inteligentes"nas fábricas, sendo capazes de tomarem decisões sem a intervenção humana(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020). E como benefício disso, as empresas ganham aumento de produtividade, otimização de suas atividades industriais e redução de custos.
No Brasil o setor industrial de rochas ornamentais tem grande importância na economia do país, principalmente o estado do Espírito Santo, o que mais arrecadou para esse setor, dentre os outros. salienta-se, em 2020 o Brasil faturou U$1 bilhão com exporta- ções de rochas, e o estado capixaba colaborou com 81,8% dessas exportações(BRIZ, 2020). Neste ponto, as tecnologias tiveram grande contribuição às empresas deste ramo, tivessem tal destaque; tornando-se grandes aliados em suas produções. Pois, os equipamentos que aumentam a produção, melhoram o aproveitamento da matéria prima e garante melhores acabamentos ao produto finalcitesousa:2013.
Contudo, para que essas empresas ainda se mantenham competitiva, melhorem suas
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fábricas, deverão adaptar-se dentro do modelo de gestão da indústria 4.0. Aos que não investirem nesse novo ciclo digital, não serão capazes de competir com a concorrên- cia(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017). Mediante a busca de inocação, existem pesquisas no desenvolvimento de tecnologias 4.0 aplicada ao setor de rochas ornamentais que podem ser de utilidades paa muitas empresas, vale ressaltar o sistema de otimização de cortes de chapas de mármores(ANTUNES, 2017), classificação automática de rochas ornamentais(TERESO; RATO; GONçALVES, 2020), até mesmo na confecção de BIs(business Intelligence), podem ser úteis para auxiliar a gestão de processos produtivos.
Diante disso, este trabalho tem como finalidade demonstrar o desenvolvimento e implatação de uma tecnologia 4.0 para o setor de rochas ornamentais, utilizando equipamentos de baixo custo para compor o sistema. Seu objetivo é de automatizar o processo de captura e armazenamento de fotos de chapas ornamentais, após serem acabadas(polidas). Esse sistema automatizado, foi implantado e validado na Sigma Granitos uma empresa local do município de Cachoeiro de Itapemirim, atuando após o procedimento de acabamento de chapas. Isso pois, a empresa realizava o procedimento de registro de material de forma manual. Por meio de, um software que necessitava de total intervenção humana, tanto para tirar as fotografias, quanto nomeá-las e armazená-las. Por essa grande dependência do usuário, e demasiados passo a passo, sendo feita repetitivamente, é muito suscetível a erros humanos; pela da falta de praticidade dos processo.
Logo o sistema apresentado busca facilitar o processo de captura de fotografias do material, automatizando-o através de capturas sequências das chapas. Realizando isso tudo de forma menos custosa possível.
Por tanto, de forma resumida, a arquitetura desse software é composta pelos seguintes componentes: o Arduino, o dispositivo microcontrolador; um módulo de placa expansor Ethernet Shields, ela permite que microcontrolador possa trocar dados em rede; um sensor analógico conectado ao Arduino; e uma câmera para tirar as fotos, utilizaremos uma webcam de alta qualidade. Além disso, foi utilizada linguagem de programação Java, para desenvolver o software responsável por executar o algoritmo disparar a foto
da chapa. Todavia, detalhes técnicos, como o comportamento de cada componente e também suas características, serão melhor abordadas ao decorrer do trabalho.
1.2 JUSTIFICATIVA
Refletindo sobre a motivação por trás do estudo, de possibilitar o avanço tecnológico às empresas de beneficiamento de rochas ornamentais, acalçando o patamar da da indústria 4.0. Isso é, sem a necessidade de realizar grandes investimentos, como já comentado. Podendo evidencar na prática os benefícios da indústria 4.0. Nosso software vai atuar após o processo de produção de chapas; a etapa denominada de acabamento. Com intuito de melhorar o processo de registro das imagens do produto produzido.
Segundo o manual de rochas ornamentais(2013) o beneficiamento é classificado por duas fases: o beneficiamento primário e secundário. O beneficiamento primário, também conhecido como serragem ou desdobramento, constitui-se do corte dos blocos para a obtenção de chapa em seu estado bruto, com dimensões são próximas daquelas que terão os produtos finais. O beneficiamento secundário ou acabamento é a etapa do ciclo em que as peças tomam sua forma, dimensões e aparência definitivas(FILHO, 2018). O acabamento é realizado pela politriz automática apresentado na figura 1, é um equipamento composto por um chassi de ferro fundido que assenta mesa perfeitamente plana, sobre a qual corre uma esteira de borracha que transporta as chapas a serem tratadas/acabadas(IEL, 2013). Entre os tipos de acabamentos mais comuns temos o polimento, levigado e escovado.
Dessa maneira, o sistema automatizado ele atua após de beneficiamento secundário, a fase de acabamento, pois material o produto obtido nessa fase é o resultado final do processo de produção de chapas. Em seguida, é necessário o registro das fotos do material obtido, uma vez que essas imagens terão utilidade ao avaliador das rochas, que irá analisá-las e assim determinar o valor de venda do produto, além de possuir o registro de imagem da chapa em seu estoque.
Ao analisarmos o impacto de produtividade do sistema de captura de foto automática comparado ao seu processo manual em uma única chapa, não haveria tanta dispa-
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Figura 1 – Dispositivo para acabamento politriz de esteira automática
ridade produtiva. No entanto, o processo de acabamento de chapas acontece em n chapas de único bloco específico, assim é necessário capturar asn imagem de todas as chapas produzida deste bloco. O que torna a captura manual inviável, sabendo da necessidade de que operador realize o processo repetitivo de captura de todas as chapas. Por consequência disso, a forte dependência do usuário ao realizar tal procedimento manual, pode vir ocasionar erros indesejáveis e gargalos de produção inviável.
Por isso, a tecnologia de captura automática de chapas ornamental tem o intuito de auxiliar o meio produtivo a indústria de rochas, permitindo a melhoria do processo, por meio da mudança da atividade manual de captura das fotos de chapas polidas, por uma forma automática de exercer essa função; com a mínima interferência do usuário.
Somente assim será possível eliminar gargalos indesejáveis na realização da atividade.
1.3 OBJETIVO GERAL
Contextualizado a importância da atuação da tecnologia ao ramo de rochas, e os benefícios que proporcionou a esse mercado. As empresas desse ramo devem investir em ferramentas que possam melhorar ainda mais os processos produtivos de rochas ornamentais, incluindo-se no modo de gestão da indústria 4.0.
Perante a isso é proposto trabalho e software, tem o objetivo de apresentar uma ferra- menta orientada ao segmento de tecnologias 4.0 para o setor de rochas ornamentais, permitindo que diversas empresas do setor de beneficiamento de rochas modernizem- se na proposta de digitalização da indústria 4.0 de forma a ser acessível. Pois, essa ferramenta automatizada possui dispositivos de baixo custo para compor o sistema de captura automática de chapas ornamentais acabadas. Assim evidenciando na prática as vantagens e benefícios da 4ª revolução indústria para as empresas desse ramo, por meio da implementação do sistema de automação automatizado em uma empresa local município de Cachoeiro de Itapemirim.
1.4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Com uma câmera posicionada alguns metros acima da esteira de saída da politriz automática, conectada por um cabo USB estendido ao computador e um sesor ligado á um microcontrolador, temos de forma simplificada a arquitetura do nosso sistema. Cada dispositivo terá seu o papel á exercer paras para que o sistema funcione precisamente.
Através da análise da execução da tarefa de polimento foi levantado os objetivos a serem alcançados do sistema, para eliminar a tarefa manual, provendo assim a automatização e otimização do processo. Tais requisitos e objetivos são:
• Analisar o processo de produtivo fisicamente e levantar requisitos do sistema para que o software cumpra seu papel eficientemente.
• Explicar as regras de negócios do processo de captura, mostrando o passo a passo do momento de disparo da câmera, até a nomenclatura do arquivo e seu armazenamento.
• Examinar a arquitetura do sistema, e qual o papel de cada componente do sistema.
• Explicar as principais funções do sistema, e como elas ocorrem.
• Evidenciar o produto final do software, tanto quanto implantação, quanto a interface
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do sistema.
• identificar o ganho de produtividade e praticidade, com a utilização do sistema automatizado.
1.5 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
Agora que já foi esclarecido a função do sistema automatizado, sua relevância para o setor de rochas ornamentais, funções do sistama e mostrado como pode colaborar no registros de fotografias automáticas de chapas. Podemos enfim falar sobre os próximos capítulos que virão adiante.
Previamente no capítulo 2, descreveremos o referêncial teórico, descrevendo os con- ceitos que foram abordados refrente a ao sistema automatizado, que são: A industria 4.0. Internet das coisas(IOT) e dispositivos controladores.
No capítulo 3 falaremos sobre a sobre materiais e métodos da nossa solução de captura, onde será melhor abordado sobre a arquitetura do sistema , ou seja os disposivos utilizados e como é feito a programação que permite a captura automaticas das fotos.
Destacaresmo também, sobre suas definições e a forma que atuam dentro do sistema.
Mais a frente sobre no capítulo 4, abordaremos os resultados obtidos com a implantação do sistema automatizado, com o funcionamento na pratica provando sua utilidade para o processo de captura de fotografia das chapas e o resultado final do software.
Por fim tiramos as as conclusões do trabalho e possíveis trabalhos futuros.
2 REFÊRENCIAL TEÓRICO
2.1 INDÚSTRIA 4.0
Identificamos uma revolução pela capacidade de marcar e transformar de maneira grandiosa os cenários político, social e econômico. Diante o pressuposto, nós, os seres humanos, vivenciamos a 4º revolução industrial, que combina diferentes tipos de tecnologia, com objetivo de digitalizar as atividades industriais. Como consequência, as organizações podem se modernizar através de implantações de novas tecnologias com objetivo de automatizar e digitalizar suas atividades industriais, tornando-as assim mais produtivas e inteligentes. Porém, isso somente tornou-se possível, pela grande influência da informática e sua constante evolução inseridas pela 3ª revolução industrial.
A indústria 3.0 conhecida como revolução Técnico-Científica e Informacional ocorreu no século XX e XXI(SAKURAI; ZUCHI, 2018). Introduzindo tecnologias e componentes eletrônicos com propósito de reduzir a interação humana no processo de produção.
Além de controladores lógicos programáveis, tecnologia da informação e comunicação responsáveis por integrar os processos, máquinas e pessoas(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017). Mediante a crescentes evoluções em um ciclo contínuo de desenvolvimento de novas tecnologias inovadoras, juntamente as mudanças socioeconômicas e culturais provocada pela técnologia, concebe-se a indústria 4.0.
O termo INDÚSTRIA 4.0 foi utilizado pela primeira vez em 2011 na Alemanha, como parte de um projeto estratégico realizado pelas autoridades governamentais, iniciativa privada e academia. Cujo objetivo de aumentar a produtividade das indústrias alemãs, fazendo uso de inovações com alta tecnologia(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017).
O conceito de industria 4.0, engloba a automação industrial integrada com diferentes tipos de tecnologia como inteligência artificial, robótica, internet das coisas, computação em nuvem, entre outras, com propósito de digitalizar as atividades industriais(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020). Permitindo às máquinas mais autonomia para exercerem as atividades e tomarem decisões sem a intervenção humana, ou a mínima intervenção.
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2.1.1 Princípios de indústria 4.0
Quanto aos princípios da indústria 4.0 Silveira (SILVEIRA, 2017) e Amaral(AMARAL, 2021), Descrevem que existem 6 princípios importantes as quas as tecnologias de indústria 4.0 devme possuir, que são:
• Capacidade de operação em tempo real: As informações são coletadas de forma instantânea. Dessa forma, não é mais necessário gestores estarem fisicamente presentes nas fábricas acompanhando seus processos, para poder tomar decisões.
Mesmo distante, pode-se monitorar tudo o que acontece na fábrica em tempo real.
Assim os gestores podem antecipar eventuais problemas e tomar decisões.
• Virtualização: Este princípio refere-se ao software realizar simulações com intuito de aumentar a confiabilidade do processo e reduzir riscos. A virtualização pode ser aplicada a todas as etapas de produção, através da utilização de dispositivos sensores tornam os processos mais inteligentes, permitindo antecipar problemas e tomar decisões estratégicas rapidamente.
• Descentralização: Ao invés das máquinas receberem comandos, as máquinas possuem mais autonomia de tomada de decisão, ajustando seu ciclo produtivo. Elas possuem a capacidade de analisar dados e avaliar as necessidades da fábrica em tempo real.
• Orientação a serviço: Trata-se de desenvolvimento de softwares utilizando arquite- turas orientadas a serviços. Aliado também ao conceito de internet dos serviços, que integra os usuários e máquinas através de programas adaptáveis a cada necessidade.
• Modularidade: A forma de produção das indústrias era feita em série e em massa, ou seja um produto finalizado era produzido em larga escala, mesmo que fosse impossível prever quantas unidades daquele produto realmente seriam vendidas.
Através do princípio de modularidade é permitido que módulos sejam acoplados e
desacoplados perante a demanda de cada obra, proporcionando maior flexibilidade na alteração de tarefa.
• Interoperabilidade: Trata-se da capacidade de troca de informações entre os sis- temas cyber-físicos através da internet e internet das coisas, ou seja dispositivos, processos podem comunicar-se.
2.1.2 Pilares da indústria 4.0
Quando falamos dos da indústria 4.0, no referimos as suas principais tecnologias para implementação e funcionamento, que permitem a digitalização dos processos industriais. É definido as seguintes tecnologias:
• Internet das coisas: É a interconexão entre objetos como computadores e máqui- nas, equipamentos, móveis, veículos, utilizando a rede de computadores. Eles possuem a capacidade de computação distribuída, permitindo-se comunicar e in- teragir, serem monitorados e controlados remotamente, resultando em ganhos de eficiências(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020).
• Big data e Analytics: São conceitos de software que coletam e armazenam grandes volumes de dados. Posteriormente, esses dados irão passar por técnicas da análise, com intuito de facilitar a tomada de decisão de determinado processo(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020). Essas decisões podem variardesde as mais simples, como por exemplo, requisitar a compra de matéria prima, ou mais complexas, como a parada de uma linha produtiva(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017).
• Cloud computing: Trata-se do termo “computação em nuvem”, que permite manter dados e informações armazenadas em servidores remotos, permitindo a descentra- lização dos dados. Os dados podem ser acessados por meio da conexão de um dispositivo à internet.(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017)
• Segurança cibernética: É a área de tecnologia que provê a proteção dos usuários contra danos ao hardware, software ou roubo informação(MONTEIRO, 2020). Para
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isso, a segurança cibernética impede que ameaças ponham risco a informação que é processada, armazenada e transportada pelos sistemas de informação(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020).
• Inteligência artificial: São sistemas capazes de tomarem decisões e solucionar problemas em processos industriais. Isso ocorre através de ações de algoritmos de redes neurais artificiais e aprendizado de máquina, para que ela interprete eventos, análise tendências e comportamentos dos sistemas, e por fim apoie e automatize as decisões(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020). Essas informações interpretadas pela IA, são baseadas nos dados armazenados em uma big data ou informações disponíveis em tempo real pela internet das coisas(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017).
• Robótica avançada: São dispositivos que agem em grande parte, ou parcialmente, de forma autônoma, podendo interagir fisicamente com as pessoas ou seu ambi- ente(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020). Além disso, são capazes de modificar seu comportamento com base em dados de sensores. Pois, eles foram criados para serem adaptáveis, flexíveis e reduzir a participação humana principalmente em tra- balhos repetitivos, devido ao menor índice de erros e maior produtividade(SOUZA;
JUNIOR; NETO, 2017).
• Manufatura aditiva: “é o uso de um sistema integrado, baseado em computador, que consiste em simulação, visualização 3D, análises e ferramentas de colaboração para criar definições de processos de manufatura e produto simultaneamente”(PORTAL DA INDÚSTRIA, 2020).
2.1.3 Impactos da indústria 4.0
É notável que a quarta revolução industrial traz impactos positivos para as organizações que adotam esse novo modelo de produção, pois aperfeiçoa a forma de gerirem seu negócio. Provocando, aumento dos índices de produtividade, melhores lead time, processos mais eficientes e melhor proveito da matéria prima. Cocequentemente isso provoca maiores lucros e redução de custos.
Conforme o artigo "indústria 4.0 para todos”, pela Revista da Confraternização Nacional
da indústria, “As tecnologias digitais das indústrias 4.0 permitiram aumentar em 22%
em média, a capacidade produtiva de micro pequenas empresas dos segmentos de alimentos e bebidas, metalmecânica, moveleiro, vestuário e calçado”(SESI, 2020).
Comprovando na prática a eficiência das técnologias 4.0, e os benefícios alcançados por ela para as empresas.
No entanto, é necessário que as empresas invistam em tecnologia da informação, e capacite ou contrate profissionais que estejam aptos a essa a essa nova realidade de grandes avanços tecnológicos. Pois a capacitação dos empregados são estratégias para atender as indústrias oriundas dessa nova Revolução Industrial(SILVEIRA, 2017).
Por tanto, a evolução iminente, implica as indústrias terem que adaptar e adotar essa nova forma de gerirem seu negócio, pois as organizações que não investirem na infraestrutura para o recebimento da indústria 4.0 serão extintas, pois não serão capazes de competir com a concorrência(SOUZA; JUNIOR; NETO, 2017).
2.2 INTENET DAS COISAS(IOT)
É de conhecimento geral que a tecnologia segue em um caminho constante de evolu- ção, pois o homem está sempre inovando tecnologicamente para desenvolvimento de soluções melhores para problemas da vida real. Vários avanços tecnológicos motiva- ram o surgimento da IoT, tais como redes de sensores sem fio, comunicação móvel e computação ubíqua(SANTOS et al., 2016). Em consequência disso, foi criado o con- ceito de Internet das coisas(IoT - Internet of Things), nada mais é que uma extensão da internet atual, possibilitando objetos físicos usuais do dia-dia receberem e transmitirem dados, por meio de conexões de rede(SANTOS et al., 2016). Estas novas habilidades, dos objetos, geram um grande número de oportunidades tanto no âmbito acadêmico quanto no industrial.
O termo Internet of Things foi usado pela primeira vez em 1999 por Kevin Ashton, um pesquisador do Massachusetts Institute of Technology (MIT). Foi utilizada previamente como uma forma de garantir conexão dos objetos físicos à internet, com capacidade de captar e compartilhar informações. Segundo Ashton, “Nós precisamos reforçar com- putadores com suas próprias maneiras de colher informações, para que eles possam
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ver, ouvir e cheirar o mundo por conta própria, em toda sua glória aleatória”(PINTO, 2015). Através dos sensores instalados nos dispositivos IoT, ocorre a coleta de in- formação, esses sensores permitem observar, identificar e compreender o mundo independentemente das pessoas e suas limitações de tempo, atenção e precisão.
Por esse motivo, IoT é uma das principais tecnologias no segmento de indústria 4.0, pois permite que dispositivos realizar troca de informação, inserido nas industrias, permitem processos trocar informação entre si. E com os dados adquiridos por meio desses dispositivos, aumentam o conhecimento para que gestores possam tomar decisões mais precisas(ROMANO, 2017). Além disso, por meio da conexão em rede dos dispositivos, é possível controlá-los remotamente, e serem acessados por outros serviços, por exemplo tecnologias 4.0, que melhoram cada vez mais as atividades de trabalho. Pois o principal foco da IoT está em compartilhar e receber informações do mundo ao seu redor(PINTO, 2015).
São inúmeras aplicabilidades IoT pode oferece, como descreve Gerbase(GERBASE, 2021):
• localização de equipamentos outdoor e indoor.
• Medição de variáveis físicas (temperatura, pressão, movimento, aceleração, luz, etc.).
• Aquisição do estado de máquinas operatrizes.
• Localização e estado de veículos.
• Controle remoto de qualquer equipamento ou máquina.
• Supervisão de estado de ativos urbanos (água, energia, lixo).
• Supervisão de infraestruturas (pontes, barragens, etc.).
• Supervisão e controle de prédios (Energia, segurança, ar-condicionado).
• Manutenção corretiva e preventiva.
2.2.1 Estrutura para construção da IoT
Os dispositivos de IoT possuem uma estrutura básica para sua concepção, a qual viabiliza a integração entre objetos no mundo virtual, destacado no artigo “Internet das Coisas: da teoria à prática”(SANTOS et al., 2016):
• Identificação: Essa estrutura condiz com a identificação do objeto para torna-lo e trazer benefícios à atividade. Para isso, precisamos enxergar o problema ou uma forma de melhorar o processo. Após isso precisamos pensar a maneira de coletar os dados, para auxiliar nas tomadas de decisões.
• Sensores/Atuadores: Os sensores irão coletar os dados do ambiente externo que atua sobre o objeto. Já os atuadores, podem agir de determinada forma de acordo com os dados coletados.
• Comunicação: Trata-se da forma definida entre as diversas técnicas usadas para conectar objetos inteligentes à rede. Algumas das tecnologias usadas são WiFi, Bluetooth, Ethernet e RFID.
• Computação: É a unidade de processamento que se conecta aos sensores e rece- bem os dados ou determinam a ação. Alguns dispositivos são microcontroladores, microprocessadores e FPGAs, responsáveis por executar algoritmos locais nos objetos inteligentes
• Serviço: Trata-se do serviço que o dispositivo de IoT pode prover, como Serviço de Identificação, Serviço de Agregação de Dados, Serviço de Colaboração de Inteligência e Serviços de Ubiquidade.
• Semântica: refere-se à forma de extração de conhecimento dos objetos na IoT.
Isso é feito através da descoberta de conhecimento e uso eficiente dos recursos
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existentes na IoT e os dados existentes, com o objetivo de prover determinado serviço. Diante disso, Algumas são as técnicas como, Resource Description Fra- mework (RDF), Web Ontology Language (OWL), Efficient XML Interchange (EXI) e JavaScript Object Notation(JSON).
2.3 MICROCONTROLADORES
Os microcontroladores são circuitos integrados que possuem em seu interiro todos os componentes necessário ao seu funcionamento, dependente exclusivamente de um fonte de alimentação exeterna(KERSCHBAUMER, 2018). Capazes de serem pro- gramados para monitorar e controlar outros dispsositivos, com finalidade de auxiliar em diversas tarefas, como a automação residencial ou industrial por exemplo (RODRI- GUES, 2016). Sendo indispensavelis em tecnologias IoT. Esses dispositivos podem ser porgramáveis, tornando-se muito versáteis e populares pelo seu baixo custo, sendo so- luções viáveis em projetos que visam o baixo consumo energético(KERSCHBAUMER, 2018)(SANTOS, 2009).
Figura 2 – Disposistivo microcontrolador
Kerschbaume(2018) define os detalhes técnicos de um microcontrolador da seguinte maneira, ele é composto por uma unidade central de processamento(CPU), periféricos e um sistema de memória. Cada componnete possui sua função no circutio, a CPU é responsável por executar operações lógicas e matemáticas que foram programa- das. Já os periférico, são pinos de entrada e saída, usados para obter informação
a partir de outras fontes(sensores) e fornecer uma resposta adequada em tempo real(RODRIGUES, 2016). Em outras palavras, observam um determinado comporta- mento de um processo, e realizam uma ação proeminente a ele. Por fim, os dados, programas e instrunções são armazenados na memória que vão comandar o microcon- trolador. Calazans(CALAZANS, 2021) destaca os diferentes tipos de m´moria que e o microcontrolador possui: Memória ROM ou Flash, Memória SRAM e Memória EPROM.
Acompanhe o conceito de cada uma delas para o autor.
• Memória Flash: É uma memória não volátil, ou seja, o conteúdo gravado nele não será apagado caso houver com a falta de alimentação ou mesmo se o microncon- trolador estiver desligado. Além disso possui um tempo de resposta rápida e é responsável por armazenar o código dos microcontroladores.
• Memória SRAM: É uma memória volátil, ou seja, as informações só permanecem nela se houver energia, assim todos os dados são perdidos ao desligar o microcon- trolador, portanto, armazena dados temporáveis do programa, podemos dizer que é a memória “RAM” dos microcontroladores, como variáveis de entrada, ou variáveis de cálculo.
• Memória EEPROM:Assim como a memória flash, a EEPROM é uma mémoria volátil, tendo em comparação a esta uma menor velocidade de escrita. Ela serve para armazenar dados que não serão escritos com frequência.
Como dito, esses circuitos são programaveis, muitos desses chips para programa-los utilizam a linguagem de programação "C",(RODRIGUES, 2016), que posteriormente irão ser convertidoo em código de máquina, permitindo o programador controlar de- terminado dispositivo, para uma necessidade, pois como ressalta Kalil, toda operação de entrada e saída de qualquer dispositivo eletrônico pode ser feita por um microcon- trolador(2016). Por isso, podemos automatizar praticamente qualquer taréfa, basta o análisar seu comportamento, identificar de atuação do microncontrolador e finalmente programa-lo para o próposito em questão.
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Nesse sentido, percebe-se cada vaez mais o desenvolvimento de soluções automatiza- das, os microcontroladroes estão sendo cada vez mais aplicados em ambientes residen- ciais, sendo responsável pela gestão e monitoração de toda rede domótica, de forma a tornar o ambiente mais inteligente e autônomo(JR, 2015); Assim como também estão bastante presentes nas industrias, como por exemplo nos controladores de processos, sensores inteligentes, inversores, entre homem maquina etc(KERSCHBAUMER, 2018).
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 ARQUITETURA E COMPONENTES DO SISTEMA
Tendo em mente o que foi visto sobre a justificativa para a criação do sistema automati- zado de capturas de chapas de rochas ornamentais, iremos entender um pouco a o material e os métodos por trás do funcionamento do software. Irá compreender também como cada componente da arquitetura do software se comunica, a definição cada um deles e sua função isolada no sistema de forma. Em direção a isso, a arquitetura do sistema é composta pelos seguintes itens: O microcontrolador Arduino; Um sensor de chave de fim de curso; Uma Webcam de alta precisão; Um computador com o software de captura das fotos rodando;
Os dispositivos se comunicam de forma sequencial entre si, com intuito de cumprir o objetivo do sistema. A figura 3 mostra de maneira abstrata a arquitetura e o comporta- mento dos componentes do sistema.
Figura 3 – Arquitetura e comportamento do sistema
Primeiramente temos o sensor de chave de fim de curso conectado ao microcontrolador, ele envia pulsos elétricos ao Arduino, referente a com a ação do ambiente externo, no caso a ação da chapa sobre ele. O Arduíno, por sua vez, interpreta esses pulsos, e logo envia pela rede quando deve-se tirar a fotografia do material. Por fim, o sistema rodando em um computador interpreta esses dados e aciona a webcam quando for
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necessário tirar uma fotografia. Ao ser disparada a foto é armazenada no computador em um banco de fotos de chapas local. Mais detalhes do funcionamento será descrito no tópico específico de cada componente físico.
3.2 SENSOR CHAVE DE FIM DE CURSO
Como característica de tecnologias IOT, os sensores são fundamentais, pois atuam como dispositivos de entrada dentro de sistemas automatizados. Inclusive no nosso sistema, o sensor é imprescindível. A função do sensor é detectar uma ação ou estímulo, e responder de maneira eficiente conforme foi projetado. Por exemplo, um sensor de temperatura deve detectar a temperatura de um ambiente e retornar essa propriedade com precisão. Com base nisso, no nosso projeto foi utilizado o sensor ou chave de fim de curso, para detectar se foi exercido força sobre seu eixo.
De forma técnica, o fim de curso são dispositivos eletromecânicos cuja função é indicar se o motor ou estrutura ligada ao seu eixo chegou ao fim do seu movimento.
Seu funcionamento é semelhante a interruptores, quando acionados atuam sobre um circuito. A chave de fim de curso pode determinar presença ou ausência, passagem, posicionamento e término do curso de um objeto, por isso o nome de “chave fim de curso".
Existem uma infinidade de aplicações, modelos, estilos e capacidade do fim de curso.
Por isso, deve-se ser pensado o modelo que mais se adequa ao projeto. Mas de maneira geral sua composição possui uma caixa de contato e o acionador. É através da caixa de contato onde temos a conexão de cabos elétricos.
A chave de fim de curso pode posuir seu contato normalmente fechado (NF), embora exista também alguns modelos com o contato normalmente aberto (NA), ou também modelos com os dois tipos de contato. Por isso cabe ao projetista determinar qual usar.
Diante disso, o contato é usado para que a chave de fim de curso atue, interrompendo ou acionando algum outro dispositivo. Por tanto, quando alguma ação externa exerce força sobre o sensor, este abre ou fecha o contato que existe na chave fim de curso.
Figura 4 – Chave de fim de curso
3.2.1 Chave de fim de curso no projeto
No sistema foi utilizado um modelo de chave de fim de curso robusto. Isso pois, a força que exerce sobre o sensor, são de chapas de mármore e granito de aproximadamente 300 kg. Outro fator importante, é o posicionamento do sensor, ele foi colocado em um área da esteira de sáida da politriz de forma pensada, quando a chapa tensionar a chave de fim de curso, é o momento de tirar a fotagrafia. Por isso, o sensor e a Webcam devem estar posicionalmente alinhados de forma adequada, para que quando a chapa acabada acionar o sensor, ela esteja em um ângulo ideal para capturar a foto perfeitamente material, sem corta-lo da imagem.
Além disso, a forma de contato utilizado na chave de fim de curso usará, é normalmente aberta, ou seja, quando tensionada o circuito é comutado e irá fechar. Consequente- mente, quando isso ocorre, indica ao seu microcontrolador que seu estado da chave foi alterado. O arduíno por sua vez, mediante a essa ação irá determinar quando o software deverá tirar a fotografia das chapas.
3.3 ARDUINO
Dentro do contexto de indústria 4.0, o Arduino é uma ferramenta muito importante, pois nada mais é que dispositivo microcontrolador que permite automatizar funções, permitindo processos sejam otimizados. Ele em conjunto com outros dispositivos(seja sensores ou atuadores) aplicado para determinada situação, é possível programá-lo de maneira a atender as necessidades de um problema.
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O dispositivo Arduino foi criado em 2005 por um grupo de pesquisadores. O objetivo do grupo era construir uma placa microcontrolador de software livre que fosse ao mesmo tempo barata, funcional, fácil de trabalhar(THOMSEN, 2014a). Permitindo assim qualquer um possa montá-la, criar suas soluções, modificar, melhorar e personalizar, partindo do mesmo hardware básico.
Figura 5 – Dispositivo microcontrolador Arduino
Quanto a sua linguagem de programação, o Arduino possui uma linguagem própria, semelhante a C/C++. Com tudo. Seu funcionamento consiste em executar um mesmo algoritmo em uma estrtura de Looping infinito. Ou seja, uma vez que o arduino é programado, ele sempre executará as mesmas funções pré estabelecidas pelo desenvolvedor. Para programá-lo, é necessário conectá-lo ao computador pelo USB.
Após isso, basta codifica-lo e importar as funções desenvolvidas por meio de uma IDE que interprete o microcontrolador. Após isso o Arduino ira executar as ações definidas.
Outra Caracteristicas do Arduino, é o tipo, existem diversos tipos placas, te tamanho maior, médio e menor,a diferença entre cada um está na quantidade de periféricos no circuito. Esse fator implicará na capacidade de sensores e atuadores que o controlador poderá ter. Porém, na hora de escolher qual tipo que irá usar, deve-se avaliar a estrutura e dimensão do projeto.
Mediante a isso tudo, o Arduino dentro do nosso software é essencial para o processo de registro automático de fotos de chapas acabadas, pois, determinarar o momento ou não de registrar a foto.
3.3.1 A atuação do Arduino no sistema
Com as definições atualizadas sobre o componente arduíno usado no sistema, vamos entendê-lo funcionando no projeto de digitalização de imagens de chapas de mármore e granito. Começando pela placa que utilizaremos, trata-se do arduino mega 2560.
Sendo ela é a maior placa entre os outros tipos(THOMSEN, 2014b).
Primeiramente, deve-se olhar o Arduino como o coordenador da ação de captura da fotografia, delegando a execução de cada componente elétrico conectado a ele.
Sabendo disso, o sensor de fim está integrado ao microcontrolador, por meio do pino Ground(GND) e qualquer pino analógico. Sendo assim, o sensor desempenhará sua função, retornando pulsos elétricos referente ao valor “0” quando a chave é pressionada, caso contrário retorna “1”. Todavia, esses dados são auxiliares para tomada de decisão do arduíno. Ele, por sua vez, interpreta esses pulsos elétricos, verificando se estão ou não entre as métricas estabelecida, verificando quando o material passou ou não pelo sensor.
Com os dados em “mão”, é estabelecido as condições para ação do Arduino. Enquanto os dados obtidos estiverem entre o parâmetro “LOW”, a condição é satisfeita, pois a chapa está exercendo ação sobre o sensor, determinando que o momento adequado para se tirar a fotografia. Caso contrário, o não deve-se tirar, visto que, não ocorreu nenhuma ação ao sensor.
3.3.1.1 A comunicação do Arduino na rede local
Figura 6 – Modulo de expansão Ethernet Shild para o Arduino
A maneira que o Arduino indicará o momento de capturar as fotografias, será através
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da comunicação pela rede. Informando sobre o status do posicionamento da chapa, se passou ou não pelo sensor. Isso somente é feito com a adição de um módulo de expansão ao microcontrolador, chamado Ethernet Shield(Figura 6), permite que o ele e possa trocar dados na rede de computadores local. Para isso, deve-se definir um endereço de IP válido da rede, e também, um endereço MAC para o dispositivo, na sua programação.
Diante disso, o microcontrolador emite as informações, através da projeção de um web service(Serviço de web), que informa em JSON o valor de variação de estado do sensor em tempo real. A forma que os dados são enviados é identificado na figura 7.
O motivo dos dados serem entregues neste formato, é com intuito de ser uma maneira quase que universal e facilitador de que qualquer linguagem de programação possa interpretar esses dados. Para obter-lo basta passar o IP do microcontrolador pela URL, que irão ser retornados em qualquer aplicação.
Figura 7 – Dados enviados para rede pelo Arduino
Diante disso, nosso software foi codificado na linguagem de programação Java, ela interpretará essas informações, e assim determine o exato momento a qual deverá acionar a webcam e capturar da fotografia da chapa e armazená-la no computador, e determinandoum nome exclusivo ao arquivo de imagem gerado.
3.4 CODIFICAÇÃO EM JAVA
Após o arduíno determinar que a fotografia deve ser capturada, o nosso software de automação deve interpretar os dados do arduino com precisão. Para assim saber quando deve realizar a tarefa de registro da fotografia da chapa de rocha ornamental.
Como já dito na linguagem usada para densenvolver o sistema é Java, por se tratar de um linguagem muito popular e robusta no meio de desenvolvimento.
Tendo em vista que sistema foi desenvolvido para complementar o serviço de polimento
e otimizar o processo de registro de imagem do material, as características da fase de produção influenciam a atividade de registro do material acabado. Para isso é neces- sário compreender minimamente a atividade de acabemento, pois alguns elementos desse processo serão importantes para entender a programação por trás do software, principalmente o armazenamento e nomeclatura do arquivo da fotografia da chapa.
Com o software de automação rodando em um computador conectado à rede local, é necessário a mínima intervenção humana para iniciar o programa. O programa requer alguns campos de preenchiment para que efetue sua função, tais campos são:
o número do bloco que originou as chapas, o serviço feito pela politriz e os intervalos de chapas a serem capturadas. Quando tudo é preenchido pode-se iniciar o processo de captura automatizada. Isso internamente, farpa que o programa disparare uma thread e realize a função de capturas automática. Essa thread que fica em execução enquanto o intervalo de chapas não for excedida, ou seja, enquanto não capture todas as chapas passada.
3.4.1 Comunicação do sistema com o Aduino
Quando a thread está inicializada, o processo de captura de fotografias automáticas está sobre atuação. Primeiramente deve-se pegar os dados que o Arduino está transmitindo. Sabendo que o microcontrolador possui um web service rodando dentro dele, e os dados que ele transmite são de acordo com a ação sofrida pelo sensor.
Bastou codificar uma função que chamasse o endereço IP do arduino pela URL, para que assim estabelecesse uma comunicação entre os dispositivos e poder obter os dados em JSON.
Figura 8 – Representação em diagrama da classe rocha
Em seguida é necessário interpretar esses dados para que possamos atrbuí-los em
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um objeto da classe “Rocha” que correspondem aos dados enviados pelo Arduino, conforme mostrado na figura 8. Esses dados serão uteis, pois baseado no seu valor o sistema irá tomar a decisão no procedimento de captura das chapas acabadas.
Por conseguinte, após os dados serem trabsferidos ao objeto da clase Rocha, eles imediantamente são verificados. A verificação funciona da seguinte maneira, caso o atributo de status, isPassing, for verdadeira a fotografia é disparada e armazenada no computador, pois a chapa está sobre o sensor. Caso contrário, nada acontece, realizando todo esse processo de atribuição e verificação objeto, isso enquanto a thread estiver em execução.
3.4.2 Armazenmaneto das imagens capuradas
Depois que a foto é disparada, o arquivo gerado precisa ser nomeado e armazenado, e isso deve ser feito de maneira padronizada, que faça sentido ao usuário do setor comercial ou o responsável por avaliar a chapa acabada. É necessário entendam pelo menos a relação entre o bloco que originou as chapas e qual é o identificador de cada chapa fotografada. Foi entendido que se não houvesse essa relação, a foto não terá muito utilidade ao usuário. Mediante a isso, foi elaborado um algoritmo de denominação e armazenamento dos arquivos das fotografias capturadas, baseando processo da atividade anterior de captura de foto de chapas acabadas.
Como já dito, o sistema atuará posteriormente a fase de acabamento das chapas, onde obtêm sua aparência definitivas, sendo assim, esse processo influência no resultado das imagens capturadas. Sabendo disso, foi importante entender como a fabricação das chapas acabadas. Nas marmorarias os blocos de rocha ornamental possuem números de identificação, ao ser serrado transforma-se em chapas brutas (sem passar por tratamento/acabamento), e da mesma forma cada uma delas possuem um identifi- cador, referindo-se ao número da chapa e do bloco que a gerou. consequentemente, quando chapas vão para dentro da cabine da politriz automática, é realizado seu tratamento/acabamento, são de chapas sequenciais de um mesmo bloco. A politriz como já citado no trabalho, pode ser definida para realizar diferentes tipos de serviços às chapas, temos polimento, escovado, levigamento, tirar o produto aplicado. Cada serviço resultará no aspecto da chapa. Após a etapa de tratamento, captura-se a
fotografia do produto obtido pela fase de acabamento.
Diante da análise desses processos, foi criado uma função com intuito de padronizar o armazenamento e nomenclatura das imagens capturadas, salvando-as em diretórios, organizadas pelo número do bloco e o serviço feito pela politriz. Quando o usuário preenche os campos do sistema para inicializá-lo, ele utiliza dos dados de tipo de serviço e número do bloco para nomear os diretórios. Semelhantemente acontece com a denominação do arquivo, utilizando o número bloco como caracteres concatenados por “CHP-” e o número sequencial da chapa na medida que as fotos são capturadas.
Organizando uma espécie de banco/galerias de fotografias de chapas. Um fator relevante a destacar é a ordem que as chapas passarão pela politriz e a ordem inserida no sistema, pois os dois devem estar equiparados, podendo estar em ordem crescente ou decrescente. Tal relevância, é para que o sistema atribua o nome corretamente à foto capturada.
Figura 9 – Representação ilustratuva do armzenamento das imagens geradas e sua estrutura de organi- zação/sistemas de arquivos
Diante a figura 9, ilustra simplificadamente o armazenamento de arquivo e sua nomen- clatura da foto da chapa, criando um diretório nomeado pela abreviação do serviço feito a ela, concatenado com o número do bloco. Dentro dele há as imagens das chapas nomeados conforme estabelecido na rotina algoritmo . No exemplo da figura observa-se que o serviço feito é levigamento(abreviado por LVT), aplicada a 3 chapas do bloco "00669". Cada foto está nomeada pelo bloco e seu identificador sequencial.
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4 RESULTADOS
4.1 REPRESENTAÇÃO DA DISTIBUIÇÃO DA ARQUITETURA DO SISTEMA
Agora que contextualizamos a maneira que o sistema foi desenvolvido na sessão de materiais e métodos, e foi visto também a motivação por trás da criação dessa solução.
Mostraremos o software de captura automática de fotografias de chapas de rochas ornamentais: como está distribuído a arquitetura do sistema, as telas do sistema e as funções disponibilizada por cada uma e os resultados de produtividade obtida na captura automática.
Primeiramente, a implantação do sistema foi feita da seguinte forma. Cada componente físico foi distribuído e posicionado em sua devida localização para funcionamento do sistema, isso detalhado na sessão de material e métodos. Através da figura 10 representa de maneira ilustrativa a posição real e dos componentes físicos do sistema para atuar.
Figura 10 – Imagem representativa de como o sisttema de captura automática foi implementado
Na figura 10 podemos ver "cada peça no seu devido lugar". Se analisarmos a figura, entede-se que a há uma chapa seguindo na esteira, vindo da politriz. Percebe-se a
webcam de alta precisão acima da esteira suspensa por um poste. Logo abaixo dela, está o sensor de fim de curso esperando ser a ser acionado. Próximo a ele encontra-se o Arduino, conectado a rede e ao sensor. Por fim, há também a representação do sistema de captura rodando em um computador, ele está pegando as informações transmitidas na rede pelo Arduino. Essa imagem ilustra bem de como realmente ocorre o processo de captura automática. Repare que a chapa sobre a esteira em direção ao sensor, na medida seguir em direção a ele irá chegar o momento que irá aciona-lo.
Quabdo acionado o sistema vai disparar a foto da chapa, e armazenará no computador, como definido por seu algoritimo.
4.2 INTERFACE DO SISTEMA DE CAPTURA
Agora que vimos como o sistema foi distribuído fisicamente, cada componente em sua posição, vamos ver a "cara"do sistema, como ele ficou em questão de telas e funcionalidade delas. Sendo assim, logo ao abrir sistema, a primeira tela que temos contato é a página principal. Ela verifica a o estado do sistema, se está operacional.
Possui também um botão para abrir o local d diretório das imagens salvas. Observe a tela inicial na figura11.
Figura 11 – Tela inicial do sistema de captura
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4.2.1 Tela inicial do sistema
Logo na tela inicial sistema exibe uma mensagem sobre seu estado operacional, possi- bilitando que o usuário possa monitorá-lo quanto ao seu funcionamento, notificando-o se o software operante ou não para a captura fotos. Isso ocorre, pois o sistema realiza uma verificação na comunicação entre o Arduino e com a webcam. Essa função permite a identificação problemas entre os dispositivos, facilitando possíveis medidas para manutenções software.
Figura 12 – Notificação de software operável, notificação de erro e notificação de exceção
4.2.2 Tela de captura de fotos automáticas
Encaminhando para tela de capturas automáticas, nela é necessário que o usuário preencha alguns campos obrigatórios para iniciar a operação. O usuário deve preencher o número do bloco, o tipo de acabamento feito na chapa e o intervalo sequencial de chapas, conforme mostrado na figura 13. Mencionados no capítulo de métodos que o sistema utiliza desses campos como seus parâmetros de entrada, para definir a forma que irá armazenar os arquivos das fotos capturadas.
Vale destacar que em último caso o Arduino não esteja funcionando, por algum motivo que seja, o sistema conta com a funcionalidade de capturas manuais, impedindo a
inoperatividade do processo de captura, como mostrado no texto em das notificações da figura 12.
Figura 13 – Tela de operação de capturas de fotos automáticas
Assim que o usuário preenche todos os campos, basta iniciar o procedimento de captura de fotos automáticas, caso não preencha algum, é mostrado alerta e programa não é iniciado, conforme mostrado na figura 15. Quando o programa é iniciado, ele entra em estado operante em looping, até que todas as fotos sejam capturadas no intervalo de chapas passado. Podemos observar a operação em execução na figura 14. Vale destacar que O usuário pode cancelar a operação de captura automática a qualquer momento durante a execução, permitindo que ele possa iniciar outra operação se desejar.
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Figura 14 – Operação de capturas de fotos automáticas em execução
No entanto, caso o usuário tente iniciar a operação de captura com o serviço de capturas e o software não esteja operacional, é exibido um alerta ao usuário que não é possível realizar tal procedimento, a figura 15 mostra a mensagem do alerta. Além disso, o sistema não permite que seja iniciado outra operação, enquanto tem uma sendo executada.
Figura 15 – Alertas de erro na tentativa de inciar o procedimento de captura
4.2.3 Tela de captura de foto manual
Na tela de captura manual, mostrado na figura 16, possibilita ao usuário tirar fotos manuais, basta clicar no botão principal de captura e a foto da chapa irá ser tirada.
Após a fotografia ser capturada, o usuário pode salvá-la, ao fazer isso, exibe uma tela diálogo com campos de preenchimento similares ao de captura automática. Isso pois, o sistema utilizará esses dados para salvar a imagem no mesmo padrão de armazenamento definido no modo automático. A diferença entre os formulários,é que ao invés do usuário passar o intervalo das chapas a ser capturado, preenche-se com o identificador da chapa que foi fotografada. Veja esse processo de captura na figura 17.
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Figura 16 – Tela de capturas manuais da chapa
Figura 17 – Tela de capturas manuais da chapa
4.2.3.1 Comparação entre formas de captura
Ao fazer essa operação de capturas de fotos automáticas, comparamos seu tempo de execução de captura há uma única chapa, com o processo de captura manual. Na figura 18, é possível observar no gráfico a comparação de tempo de execução entre os processos, no estudo da sua aplicação em uma única chapa.
Como mostrado no gráfico as capturas manuais levam em média 45 segundos, isso por
conta de todos os possíveis fatores. Depende da destreza do usuário ao manusear o sistema pra tirar a fotografia, ele vai ter que determinar nome o local de armazenamento do arquivo, repetindo esse processo chapa a chapa. Por outro lado, o modo de captura automática leva em média 5 segundos para realizar o processo, desde o momento que o sensor é acionado, até o instante a fotografia é armazenada. A comunicação entre cada componente é quase que instantânea, e o delay de operação é controlado, possibilitando a chapa seja posicionada no sensor e registre a foto sem que saia tremida.
Figura 18 – Gráfico comparativo entre processos de captura de fotografia
Diante disso, a captura automática se mostrou superioridade, havendo aproximada- mente 80% mais ágil que o método de captura manual, provendo ganho de produti- vidade ao usa-lo, agrega mais eficacia no processo de digitalização do material pela mínima intervenção do usuário. A forma automática tem como grande vantagem ter de programar o sistema para capturas de fotos única por serviço. A Comparação é feita em uma chapa fotografada, o que em produtividade de operação, não há tanta significância no processo de captura. Mas, caso aplicados em um intervalo considerável de chapas, a diferença é mais evidente.
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4.2.4 Estrutura organizacional de armazenamento das imagens e nomeclatura dos diretório e arquivos
Como já mencionado, o sistema possui uma função automática de armazenamento e definição de nome do arquivo de imagem. Isso permite que a empresa possa fazer um levantamento das chapas capturadas em um banco de fotos local, dividindo as fografias por número do bloco de origem e serviço de acabamento aplicado a ela. A figura 19 mostra e estrutura de organização de imagens e diretórios. Nota-se que o nome de cada arquivo de imagem da chapa, é concatenada o número do bloco com o número da chapa.
Figura 19 – Organização dos arquivos de imagem de chapas capturadas
4.2.5 Tela de listagem das imagens das chapas
Por fim, o sistema contempla com uma tela de listagem de fotos das chapas tiradas, possibilitando o usuário ve-las sem a necessidade de ter que abrir o local dos arquivos das imagens. Acopanhe a tela de listagem de chapas na figura 20.
Figura 20 – Tela de listagem das chapas
Nessa tela o usuário deve escolher na caixa de seleção: o bloco e o serviço de acabamento aplicado a suas chapas. Ao escolher determinado item o sistema lista todo conjunto de chapas pertencentes ao item, como indica a figura 21. Ao clicar em uma das chapas listada, o sistema exibe em seguida a imagem referente. Dentre as opções disponíveis a se fazer com chapa selecionada, o usuário pode optar em abri-la no visualizador padrão do sistema operacional. Poderá também abrir o local do arquivo da imagem selecionada, semelhantemente o sistema operacional abrirá a localização do arquivo. A figura 21 exemplifica todo o processo citado.
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Figura 21 – Processo de listagem de chapas
5 CONCLUSÃO
5.1 ANÁLISE GERAL DO TRABALHO
Mediante a análise desse trabalho, percebemos que a tecnologia evoluiu e modificou diversos aspectos na vida das pessoas e no mundo. Permitindo assim a 4ª revolução industrial, cujo foco é gerir os processos produtivos das empresas de maneira mais eficiente possível. Perante a isso, através da tecnologia proposta no trabalho, oportuniza que as empresas de beneficiamento de chapas possam se modernizar de maneira acessível, incluindo-se no modelo de produção da indústria 4.0.
O software desenvolvido de automação terá grande serventia para empresas que produzem e beneficiam chapas de rochas ornamentais, sendo ela uma grande aliada para auxiliar na gerência e capturar das chapas. De forma a ser acessível, o sistema automatizado é uma alternativa de baixo custo digitalizarem seu processo de captura de fotos de chapas acabadas, ganhando produtividade no processo de registro do seu material.
Segundo o experimento na implantação do software em uma empresa local, foi possível observar na prática como o sistema de automação trouxe ganhos de produtividade;
visto que faziam registo das chapas, por meio fotos manuais. Como visto, foi possível identificar a superioridade do método automático, levando menos tempo de opera- ção no registro desde a fotografias, até o armazenamento do arquivo criado. Além disso, o sistema oferece auditorias das imagens das chapas em um banco de fotos local, agregando em padronização de denominação e salvamento automático das imagens geradas. Com o conjunto de ações do sistema, foi possível desacoplar a forte dependência do usuário, e automatizar o máximo de funções possíveis dentro do processo.
5.2 TRABALHOS FUTUROS
Aprofundando nas possibilidades de trabalhos futuros em cima desse software de automação, é atingir outros seguimentos tecnológicos da indústria 4.0, pois é notável
