No Cluster de Excelência ‘Internet of Production’ (IoP), 200 cientistas da Universidade RWTH de Aachen, em colaboração com o Fraunhofer ILT, criaram um centro de dados para controlar e monitorizar os processos industriais. O conceito baseia-se num projeto de controlo de sistemas laser desenvolvido no Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser ILT e utiliza o software de código aberto Kubernetes. O sistema já está a funcionar no instituto há dois anos, e permite instalar software para controlo de lasers de forma automática e remota, em apenas alguns minutos.
A primeira fase de implementação do centro de dados foi iniciada pelo Cluster de Excelência ‘Internet of Production’ (IoP) em janeiro de 2019. O projeto terá a duração de sete anos.
Um laser de pulso ultracurto (USP) é um sistema complexo que pode cortar quase qualquer material com precisão micrómetrica. Numerosos sensores controlam a máquina e guiam o processo laser. O software que controla os componentes e lê os dados do sensor é, portanto, muito variado. Na produção industrial, muitos destes sistemas são frequentemente utilizados em paralelo, e não é raro ter 50 deles lado a lado. Desta forma, como pode o software ser instalado eficientemente e como pode ser controlado de forma centralizada?
No cluster de excelência 'Internet of Prodution', os cientistas estão a trabalhar, entre outras coisas, em sistemas de controlo baseados na nuvem para a produção do futuro. Foto: Dr. Martin Riedel / Internet de Produção.
Moritz Kröger, investigador associado na cadeira de Tecnologia Laser LLT da Universidade RWTH de Aachen, que conta com a parceria do Fraunhofer ILT, foi confrontado precisamente com esta questão: “Com os controladores lógicos programáveis de hoje em dia, é perfeitamente possível controlar um dispositivo, mas dificilmente uma dúzia ou mesmo 100 ao mesmo tempo”. Neste contexto - em que pode ser necessário controlar entre 50 e 100 lasers - não é expectável que os conceitos convencionais sejam suficientes para instalar novo software e avaliar os dados dos sensores em tempo real.
A solução? “Reprogramámos completamente o sistema de controlo da máquina”, relata Kröger. "Isto permitiu-nos instalar software de código aberto, o que nos dá mais compatibilidade e opções de desenvolvimento para os sistemas distribuídos. Desta forma, o instituto é capaz de controlar e optimizar operações de processamento a laser que devem ter em conta, por exemplo, dados dos controlos de scanner, dados de sensores de diferentes fontes e dados de análise durante o processo em curso. O projecto teve início em 2018, e o sistema de controlo está a funcionar de forma estável na fase beta no Fraunhofer ILT.
No núcleo do centro de dados está o Kubernetes, um software de código aberto que pode instalar, escalar e manter automaticamente programas de aplicação em sistemas informáticos distribuídos. O Kubernetes foi originalmente concebido pela Google e suporta todas as principais plataformas de nuvem, tais como Microsoft Azure, IBM Cloud, Red Hat OpenShift, Amazon EKS, Google Kubernetes Engine e Oracle OCI.
O software Kubernetes é utilizado, por exemplo, para controlar sistemas laser de impulso ultracurto. Os cientistas estão atualmente a investigar a avaliação automática dos dados de medição. Foto: Fraunhofer ILT, Aachen, Alemanha.
Computação distribuída para a fabricação automática do futuro.
O potencial deste projeto foi reconhecido pela Universidade RWTH, de Aachen. Já em 2019, o conceito foi adoptado pelo Fraunhofer ILT para um centro de dados instalado na universidade. No Cluster de Excelência 'Internet of Prodution', os engenheiros estão a trabalhar na digitalização da tecnologia de fabricação. Os seus objetivos são aumentar e simplificar a colaboração entre domínios, bem como reunir com segurança todos os dados relevantes de muitas fontes diferentes em tempo real, tudo no contexto de sistemas ciberfísicos e da Quarta Revolução Industrial.
Participam no projeto mais de 35 entidades académicas e não académicas, bem como os três Institutos Fraunhofer FIT, ILT e IPT e cerca de 50 empresas e associações da indústria automóvel e aeroespacial, da engenharia mecânica e de instalações, bem como do setor de software.
Tanto no Centro de Dados da Universidade RWTH de Aachen como no Fraunhofer ILT, os sistemas estão em plena utilização e contínuo desenvolvimento. A distribuição automatizada de software e a análise de aplicações nos sistemas laser USP funcionam de forma fiável. “Em cinco minutos, podemos implementar a ligação de software e hardware para um novo laser, incluindo a integração no ambiente baseado na nuvem”, explica Moritz Kröger. Atualmente, está em investigação a avaliação automática dos dados de medição. O objetivo é combinar os dados de tantos sistemas quanto possível e prepará-los graficamente para os utilizadores. No futuro, o processo deverá ser optimizado com recurso à inteligência artificial.
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