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Capítulo 9: Modelos e Conceitos de CIM

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Capítulo 9: Modelos e Conceitos de CIM. INTRODUÇÃO. Sistemas de manufatura na última década do século 20 e nas primeiras décadas do século 21  protótipos dos conceitos de CIM do futuro.

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Capítulo 9: Modelos e Conceitos de CIM


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cap tulo 9 modelos e conceitos de cim
Capítulo 9:Modelos e Conceitos de CIM

Sistemas Integrados de Manufatura – Prof. João Carlos Espíndola Ferreira

introdu o
INTRODUÇÃO
  • Sistemas de manufatura na última década do século 20 e nas primeiras décadas do século 21  protótipos dos conceitos de CIM do futuro.
  • Processamento e a Distribuição eficiente das informações  papel fundamental para que se tenha fábricas programáveis para famílias específicas de produtos.
  • Um dos maiores desafios destas fábricas  concepção e projeto de um modelo genérico de manufatura; existência de ferramentas padronizadas de hardware e software a partir dos quais uma fábrica funcional pode ser configurada.

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introdu o1
INTRODUÇÃO
  • Produto & seus métodos de manufatura estejam definidos  projetista (engenheiro) do sistema de manufatura:
    • será capaz de introduzir suas idéias no modelo genérico,
    • modelo específico poderá ser construído a partir de uma biblioteca de ferramentas que serão necessárias para fabricar o produto.
  • Computadores da fábrica programável serão usados para o planejamento, agendamento e controle automatizados, e executarão algoritmos complexos.
  • Capítulo 9  discute os problemas de fornecer a tecnologia de informação adequada para as futuras fábricas.

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modelos existentes de cim
MODELOS EXISTENTES DE CIM
  • CIM  começa com a concepção de um novo produto (suas funções e características).
  • Projeto do produto  métodos e processos necessários para a sua manufatura.
  • Conceito de CIM  computador é um fator integrador no controle da interação entre o homem e a máquina, desde o projeto do produto até a sua manufatura.
  • CIM  gera informações & controla a distribuição de informações para assegurar um fluxo suave e otimizado de materiais, peças e produtos.

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modelos existentes de cim1
MODELOS EXISTENTES DE CIM
  • Construção de um sistema CIM  processo longo e tedioso; requer experiência de manufatura, software e hardware, para utilizar computadores nas várias atividades de um sistema de produção, e interligá-los de forma a compor uma entidade funcional.
  • Modelo de CIM  grande vantagem para os projetistas e para os processistas  fornecendo a eles os componentes e ferramentas de configuração básicos de um sistema de manufatura, permitindo-os conceber um sistema de manufatura particular para qualquer produto que se queira fabricar.

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modelos existentes de cim2
MODELOS EXISTENTES DE CIM
  • Conceitos de modelos genéricos de manufatura  evoluíram a partir de esforços de várias indústrias e grupos de pesquisa para construir modelos para as suas aplicações particulares.
  • Muitos componentes nestes modelos possuem funções similares  ummodelo genérico universal seria factível.
  • Entretanto  é muito difícil construir um modelo genérico que possa ser usado por uma fábrica de eletrodomésticos, ou uma fábrica de aviões, ou uma fábrica de roupas, etc., e isto pode resultar num elevado grau de abstração o modelo genérico deve ser bem estruturado e muito pormenorizado para fornecer ao usuário uma ferramenta que permita a ele implementar continuamente suas próprias estratégias de manufatura.

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modelos existentes de cim3
MODELOS EXISTENTES DE CIM
  • Atividades num modelo de CIM  são iniciadas por uma encomenda de um produto, pela qual vários estágios das funções e técnicas organizacionais são executadas seqüencialmente ou em paralelo.
  • Escopo do modelo  engloba todas as funções que são necessárias para atingir o objetivo de uma empresa.
  • Em algumas aplicações o ambiente do fornecedor também deve ser incluído.
  • Modelo detalhado  pode incluir o mercado, exigências legais, suprimento de recursos, suprimento de capital, etc.

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modelos existentes de cim4
MODELOS EXISTENTES DE CIM
  • É muito difícil incluir todos os fatores num só modelo e obter uma representação com algum significado  existirá sempre limitações em qualquer modelo.
  • Um modelo pode conter:
    • Apresentação das funções de negócio (administrativas): modelo típico de CIM e suas subfunções ilustrados na próxima figura  ênfase na aplicação do computador nas várias atividades da fábrica.
    • Integração do banco de dados de gerenciamento de informações: Neste modelo o banco de dados mestre de CAD/CAM executa um função de integração num empresa de CIM.
    • Apresentação do fluxo de materiais e produtos.
    • Apresentação do fluxo de informações

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modelos existentes de cim5
MODELOS EXISTENTES DE CIM
  • Descrição das Interfaces e Protocolos de Comunicação: necessidade da padronização de interfaces e protocolos, e a possibilidade de usar-se componentes modulares de sistemas.
  • Apresentação de funções de planejamento e controle: vantajoso que o modelo mostre como as informações para as funções de planejamento e controle são representadas, e como elas são refinadas desde um nível abstrato até o nível detalhado.
  • Inclusão do tempo: Na manufatura a obediência às agendas de entrega é extremamente importante. Por essa razão, um modelo mostrando os tempos passados e aqueles por vir é vantajoso.

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o conceito de cim da ibm
O CONCEITO DE CIM DA IBM
  • IBM  envolveu-se com as indústrias de manufatura quando os primeiros computadores foram introduzidos num ambiente fabril.
  • IBM  percebeu rapidamente que as indústrias de manufatura correspondem a um enorme potencial de mercado para hardware e software.
  • IBM  começou a concentrar-se no desenvolvimento de vários módulos de processamento de dados para aplicações específicas daqueles consumidores.
  • Tentativa  conceber produtos que poderiam ser usados por várias indústrias, com pouca ou nenhuma mudança.
  • Freqüentemente  isto era uma tarefa muito difícil porque era necessário mudar o produto e/ou os métodos da fábrica para a automação.

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o conceito de cim da ibm1
O CONCEITO DE CIM DA IBM
  • Este esforço levou, no início dos anos 70, ao desenvolvimento de uma filosofia geral de CIM chamada “COPICS” (“Communication-Oriented Production Information and Control System”), que incluiu todas as atividades de planejamento e controle da manufatura.
  • Próxima figura  fluxo funcional das informações num ambiente COPICS  suporte específico dado pela IBM ao processamento de informações reside na administração, tomada de decisões e várias aplicações  forte ênfase dada às comunicações, e ao gerenciamento de bancos de dados.

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o conceito de cim da ibm2
O CONCEITO DE CIM DA IBM

A arquitetura dos elementos de um CIM, definida pela IBM

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o conceito de cim da ibm3
O CONCEITO DE CIM DA IBM
  • Tentativa  unir soluções individuais de processamento de dados num conceito geral  IBM pode ser considerada uma pioneira nas atividades de CIM.
  • Muitos dos conceitos atualmente sendo buscados foram grandemente influenciados for estas tentativas.
  • Originalmente, a IBM tentou promover, na estrutura do COPICS, suas próprias soluções de hardware e software  não tentou-se incluir outros produtos, ou fornecer interfaces para eles  entretanto, com o surgimento de vários produtos rivais, o cliente insistiu em torná-los compatíveis com as soluções IBM IBM posteriormente aumentou o seu escopo, e buscou oferecer interfaces gerais para integrar outros produtos no seu conceito.

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modelo hier rquico do nist
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
  • NIST  laboratório AMRF (“Advanced Manufacturing Research Facility”)  objetivo de chegar-se a padrões de software e hardware para sistemas de manufatura controlados por computador  resultados experimentais deste laboratório usados para verificar o modelo.
  • Modelo  suporta um ambiente de manufatura controlado dinamicamente, e é um projeto modular.
  • Assume-se um sistema hierárquico de computadores e sensores planejar e controlar as operações de manufatura.
  • Quantidade significativa destas atividades são feitas em tempo real.
  • Processamento de dados transparente e compartilhado rede de comunicação interliga todos os computadores.

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modelo hier rquico do nist1
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
  • Atividades individuais podem enviar e escrever informações de/para locais de memória virtual com o auxílio de caixas de postagem; isto simplifica consideravelmente o projeto e operação do sistema de controle.
  • Modelo do NIST facilita enormemente a configuração do sistema de controle para a manufatura.
  • Modelo consiste de 3 pilares:
    • um sistema de gerenciamento de informações,
    • um sistema de controle,
    • um sistema de projeto e planejamento.

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modelo hier rquico do nist2
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
  • Sistema pormenorizado de gerenciamento de informações coordena e controla toda a fábrica.
  • Sistema de projeto e planejamento do processo prepara os documentos de manufatura.
  • Informações sobre uma encomenda são introduzidas no nível mais alto da hierarquia, e objetivos globais e estratégias de longo prazo são decididas.
  • Encomenda inicia as atividades de manufatura, projeto e planejamento do processo.
  • Em cada nível mais baixo o processamento da ordem é sucessivamente refinado, até que no nível mais baixo da hierarquia instruções de controle são geradas para operar diretamente os equipamentos de manufatura.

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modelo hier rquico do nist3
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
  • Cada nível de controle obtém somente aquelas informações que são pertinentes para a sua tarefa.
  • P.ex.  um plano de processos possui informações estruturadas para o nível da célula, nível da estação e nível da máquina comandos para a tarefa de manufatura são passados em seqüência através dos níveis de controle; eles podem chamar operações paralelas e seqüenciais em níveis mais baixos de controle  cada informação necessária para fabricar o produto é gerada pelo sistema, isto é:
    • seleção de materiais,
    • determinação das operações e sua seqüência,
    • cálculo dos parâmetros de usinagem,
    • agendamento e roteamento das peças, etc.

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modelo hier rquico do nist4
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
  • Sistema de gerenciamento de informações  conhece:
    • as prioridades da ordem,
    • estado dos equipamentos,
    • disponibilidade de materiais,
    • qualidade atingida, etc.
  • Sensores no nível da fábrica obtêm informações sobre o estado do processo de manufatura, e enviam estas informações para níveis superiores.
  • Sistema inteiro é composto por módulos de hardware e software.

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modelo hier rquico do nist5
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST
  • Componentes podem ser acrescentados e excluídos com um mínimo de esforço e perturbação da fábrica.
  • Banco de dados central contém uma descrição do estado completo da fábrica a qualquer momento, e portanto o sistema pode responder imediatamente a mudanças e perturbações na produção.

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modelo hier rquico do nist6
MODELO HIERÁRQUICO DO NIST

A arquitetura de CIM do NIST

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conceito de cim da siemens
CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
  • Atividades computacionais da Siemens na manufatura  direcionadas por uma filosofia forte e bem estruturada de CIM.
  • Siemens  vende produtos de processamento de dados, e usa-os em suas inúmeras atividades de manufatura.
  • Para a Siemens  CIM não é um produto pronto, e sim uma estratégia e um conceito para atingir o objetivos de marketing da empresa.

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conceito de cim da siemens1
CONCEITO DE CIM DA SIEMENS

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conceito de cim da siemens2
CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
  • Funções da figura  interligadas por um intensivo fluxo de informações.
  • Tarefa do fluxo de informações  processamento e distribuição de dados de uma maneira concisa e no tempo certo.
  • Para a comunicação dos dados, as interfaces e protocolos devem ser fornecidos.

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conceito de cim da siemens3
CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
  • Para especificar as exigências de um sistema de processamento de dados que atenda a toda uma empresa, as seguintes perguntas devem ser respondidas:
    • Que tipo de dados são gerados?
    • Que tipo de dados são necessários e onde são usados?
    • Quem administra e mantém os dados?
    • Quem é responsável por quais dados?
    • Quais dados são mantidos num banco de dados comum?
    • De onde deve-se obter os dados, e para onde eles devem ser enviados?

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conceito de cim da siemens4
CONCEITO DE CIM DA SIEMENS
  • Modelo hierárquico de uma empresa é usado para processar os dados num sistema de manufatura.
  • Cada nível hierárquico possui suas próprias exigências de processamento de dados, e existe um fluxo constante de instruções desde os níveis superiores até os níveis inferiores.
  • Para controlar e sincronizar atividades paralelas em cada nível, ocorre um fluxo intensivo de dados horizontalmente, e esta troca de dados é mais rápida no nível do chão-de-fábrica.
  • Uma característica particular do modelo da Siemens é que ele incorpora uma atividade de organização assistida por computador (“CAO”), que inclui pessoal e finanças.

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conceito de cim da dec
CONCEITO DE CIM DA DEC
  • Digital  produtora e usuária de hardware e software de CIM.
  • Termo CIM para a DEC  melhoria de um processo de manufatura com o auxílio do computador, e a integração do processamento de informações presente em todas as atividades da empresa.

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conceito de cim da dec1
CONCEITO DE CIM DA DEC

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conceito de cim da dec2
CONCEITO DE CIM DA DEC
  • Modelo da DEC parece com o da Siemens.
  • Atividades individuais deste modelo  suportadas por um modelo bem estruturado de tecnologia da informação (ver figura)
  • Próxima figura mostra 2 modelos de TI, representando 2 atividades  são interligadas por um sistema de comunicação.
  • Modelo de TI é uma extensão do modelo OSI (“Open Systems Interconnection”).

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conceito de cim da dec3
CONCEITO DE CIM DA DEC

Dois modelos de tecnologia de informação comunicando-se um com o outro

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conceito de cim da dec4
CONCEITO DE CIM DA DEC
  • Interface do usuário com os dados: Esta interface conecta o usuário com o módulo de processamento de dados. Isto é possível através de estruturas de dados independentes do dispositivo, operações de entrada e saída, e também funções de comunicação.
  • Serviço de processamento de dados: Este serviço fornece as ferramentas para a execução de processos de gerenciamento e aplicação. Processos paralelos, heterogêneos podem trocar dados e mensagens automaticamente.
  • Serviço de armazenamento e extração de dados: Este módulo é independente do dispositivo, e efetua todas as funções de gerenciamento de dados e arquivos de um sistema aberto, distribuído e heterogêneo. Além disso, ele fornece serviços de consistência, segurança e precisão de dados.

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conceito de cim da dec5
CONCEITO DE CIM DA DEC
  • Serviço de redes para sistemas distribuídos: Este módulo é a conexão física e lógica num sistema aberto. Protocolos estabelecem as convenções requeridas entre os componentes do sistema, determinam as trajetórias padrão de comunicação, e identificam elementos padrão de dados.
  • Integração da estrutura de dados: Uma integração bem sucedida do sistema é alcançada pela organização de todos os dados num banco de dados físico no qual as associações lógicas são bem estruturadas. Uma tentativa é feita para preparar estruturas de dados distintas para as várias aplicações, e para definir algoritmos que estabelecem ligações entre as estruturas de dados.

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conceito de cim da dec6
CONCEITO DE CIM DA DEC
  • Integração da infra-estrutura: A arquitetura do sistema é concebida como um ambiente distribuído usando componentes heterogêneos de hardware e software. Características inclusas são os pacotes de software “portáteis”, armazenamento e extração de dados independentes do dispositivo, troca de dados sem obstruções, linguagens de consulta (“query languages”) padronizadas, sistemas operacionais unificados, redes e protocolos comuns, elevada modularidade e possibilidade de adaptar rapidamente a mudanças na tecnologia.
  • Integração do sistema de informações: A integração do sistema é considerada um processo incremental que adapta-se a constantes mudanças nas funções de negócios, estruturas de dados e infra-estrutura.

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modelo do esprit cim osa
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • ESPRIT programa de pesquisa e desenvolvimento orientado à indústria com o objetivo de impulsionar o nível de competitividade industrial da Comunidade Européia  uma arquitetura de sistema aberto (“OSA”) está sendo fornecida, que permite a configuração de instalações de manufatura a partir de modelos genéricos.
  • Estrutura do conceito CIM-OSA  possível construir arquiteturas de CIM para várias indústrias e aplicações de manufatura, a partir de blocos básicos de acordo com diretrizes definidas  infra-estrutura integrada auxilia empresas a organizar e agendar dinamicamente suas atividades.
  • Parte importante deste esforço de padronização é a arquitetura de referência CIM-OSA, que contém uma biblioteca de blocos funcionais genéricos.

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modelo do esprit cim osa1
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Conceito CIM-OSA  ambiente de engenharia, e um ambiente de operação da empresa (ver figura).
  • Ambiente de engenharia  contém a arquitetura e recursos de referência usados para estruturar e preparar um modelo da empresa.
  • Com o auxílio do ambiente de engenharia  projetista é capaz de consultar a arquitetura de referência CIM-OSA, e desenvolver o modelo particular da empresa  usuário pode tentar várias estratégias de manufatura, e pode otimizar estas com o auxílio de ferramentas de modelagem e simulação.

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modelo do esprit cim osa2
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA

Ambientes de empresas no CIM-OSA

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modelo do esprit cim osa3
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Próxima figura  mostra como o usuário pode projetar uma operação de manufatura com o auxílio do ambiente CIM-OSA  com a disponibilidade da arquitetura de referência CIM-OSA, o usuário pode descrever as capacidades básicas que serão necessárias para construir o sistema de manufatura desejado.

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modelo do esprit cim osa4
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA

O ambiente CIM-OSA

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modelo do esprit cim osa5
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Próxima figura  esquema do conceito CIM-OSA.
  • Parte superior da figura  mostrados os aspectos funcionais do modelo de uma empresa,
  • Parte inferior da figura  mostra-se a estrutura de implementação.
  • Esta estrutura consiste de uma interface H com o homem, dois sistemas computacionais A e B, e um controlador de máquina M.

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modelo do esprit cim osa6
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA

Processo de entidades funcionais num sistema distribuído de execução de serviços

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modelo do esprit cim osa7
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Conceito CIM-OSA  sistema de manufatura é composto por módulos de entidades funcionais (ver próxima figura).
  • Entidade funcional  objeto ideal, independente da implementação (p.ex. algoritmo, expressão matemática, função de controle, etc.) descrevendo um componente conceitual de uma determinada atividade.
  • Entidades funcionais podem atuar seqüencialmente ou paralelamente.
  • Troca de dados entre entidades funcionais relacionadas é feita através de uma transação.

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modelo do esprit cim osa8
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA

O conceito de entidades funcionais e seus menus de comunicação

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modelo do esprit cim osa9
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Existem três operações que podem ser efetuadas durante uma transação:
    • o requerente envia uma unidade de dados para o destinatário.
    • o destinatário atua sobre a unidade de dados.
    • destinatário envia uma unidade de dados de resposta para o requerente.

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modelo do esprit cim osa10
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Entidades funcionais  blocos genéricos básicos a partir dos quais configura-se a estrutura funcional de planejamento e controle, e a arquitetura física de um sistema de manufatura.
  • Pontos fundamentais da abordagem CIM-OSA:
    • modelo CIM genérico,
    • biblioteca de módulos de hardware e software,
    • possibilidade de configurar-se o sistema de manufatura particular com o auxílio da infra-estrutura de integração.

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modelo do esprit cim osa11
MODELO DO ESPRIT: CIM-OSA
  • Ferramentas para a descrição, configuração e simulação do sistema de manufatura são bem definidas.
  • Modelo CIM-OSA  considera tanto o usuário como o fornecedor do hardware e do software.

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modelo amherst karlsruhe
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Quando um processo de manufatura é configurado a uma entidade funcional, deve-se projetar a estrutura do processo de informação para o controle e monitoramento.
  • Existirão origens e destinos das informações.
    • Origem gera informações e leva-a até o processo.
      • Origens típicas  desenho, BOM, sensores, sinais advindos de computadores de controle, etc.
    • Destino consome e/ou armazena informações.
      • Destinos típicos  monitores de computadores, portas de entrada de controladores, etc.

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modelo amherst karlsruhe1
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Unidades de informação podem atuar tanto como origem quanto destino (p.ex. um dispositivo de armazenamento de dados).
  • Existem vários meios de enviar informações de uma origem para um destino  modelo CIM-OSA usa um canal para enviar e receber informações entre duas entidades funcionais.

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modelo amherst karlsruhe2
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Troca de informações pode ser feita eficientemente somente se as interfaces de comunicação forem compatíveis, incluindo:
    • meio (p.ex. um condutor de fibra ótica);
    • níveis lógicos (p.ex. largura e altura dos pulsos);
    • protocolo de comunicação (p.ex. comprimento e arranjo dos vários campos do protocolo);
    • formato dos dados (p.ex. apresentação dos números inteiros ou reais).

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modelo amherst karlsruhe3
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Existem várias formas de transferir informações entre entidades de um sistema de manufatura (ver figura):
    • Comunicação indireta:
      • Método mais simples;
      • Dados contidos num dispositivo magnético de armazenamento são carregados manualmente de um computador para outro;
      • Formatos dos dados e estruturas de arquivos, tanto da origem como do destino devem ser os mesmos  se isto não for possível, pré e pós-processadores devem ser usados para adaptar os formatos dos dados e as estruturas dos arquivos entre a origem e o destino.
      • Entretanto, este método resulta numa grande redundância dos dados.

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modelo amherst karlsruhe4
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Comunicação direta: Conexão direta entre a origem e o destino.
    • Isto implica que, além dos formatos dos dados, as interfaces e protocolos de comunicação devem ser os mesmos.
    • Sincronização da origem e do destino  o que envia as informações (remetente) tem que assegurar que o receptor está pronto para a transferência dos dados no momento exato em que os dados são transmitidos.
      • Este é um problema de difícil solução quando o remetente e o receptor operam em diferentes velocidades.

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modelo amherst karlsruhe5
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Comunicação interativa: feita interativamente através de um terminal.
    • Troca de dados entre a origem e o destino pode ser facilitada por uma técnica de janela na mesma tela onde para cada aplicação atribui-se uma janela própria  usuário deve ser capaz de acessar os bancos de dados de ambos os sistemas que estão se comunicando.
    • Para acessar os bancos de dados  uma linguagem de consulta deve ser fornecida tanto para a origem como para o destino.
    • Bancos de dados devem ter um formato amigável.

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modelo amherst karlsruhe6
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Comunicação através de caixa de postagem: Este método soluciona o problema da sincronização da comunicação direta.
    • Registros de dados a serem comunicados são depositados num buffer intermediário de dados, freqüentemente chamado de “caixa de postagem”; a troca de dados é feita através desse buffer.
    • Pré-requisito para o sistema  uso dos mesmos formatos e estrutura por ambas as unidades de comunicação.
    • Redundância dos dados deste método é bastante elevada.

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modelo amherst karlsruhe7
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Comunicação através de bancos de dados centralizados: os dados para a origem e o destino são mantidos no mesmo banco de dados, usando o mesmo formato e estrutura.
    • Usuário tem acesso às informações através do gerenciador do banco de dados, onde por uma linguagem de consulta ele pode manipular os dados de maneira lógica.
    • Esse método permite uma operação multi-usuário, assumindo uma elevada integridade dos dados manipulados.
    • Banco de dados centralizado possui uma grande vantagem, quando mudanças, expansões e exclusões devem ser feitas.

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modelo amherst karlsruhe8
MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Vários modelos de troca de dados numa fábrica

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modelo amherst karlsruhe9
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Modelo Amherst-Karlsruhe  descreve as atividade técnicas de manufatura  assume que as encomendas foram introduzidas no sistema, e que todos os recursos estão disponíveis para planejar e controlar a fábrica.
  • Conceito possui várias camadas representando as várias atividades de manufatura (ver próxima figura).
    • 1a camada  contém as funções de engenharia e projeto, onde o produto é projetado e desenvolvido.
      • Saídas  desenhos & BOM.

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modelo amherst karlsruhe10
MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Conceito hierárquico de planejamento e controle

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modelo amherst karlsruhe11
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • 2a camada  planejamento do processo (p/ manufatura, montagem, e teste).
    • Planos de processo + desenhos + BOM + encomenda dos consumidores  entrada para o agendamento.
    • Existe uma rede computacional distribuída conectando, através do protocolo MAP, as atividades de engenharia, planejamento e agendamento.
    • Saída do agendamento  liberação da ordem para o chão-de-fábrica.
    • Manufatura  controlada por um sistema estruturado hierarquicamente, usando-se computadores em tempo real.

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modelo amherst karlsruhe12
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Operações nas máquinas e equipamentos de transporte e manuseio de materiais são monitoradas por um sistema de aquisição de dados.
  • Dados coletados  representam o estado do sistema de manufatura, e correspondem às informações realimentadas usadas para o controle. A comunicação é feita no chão-de-fábrica através de um “bus”.
  • Sistema computacional  interliga todas as funções da operação de manufatura; ele é disposto como uma rede hierárquica que pode ser configurada para executar uma função específica de manufatura.
  • Configuração  ocorre efetivamente no nível de agendamento.

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modelo amherst karlsruhe13
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Existe uma distinção entre o sistema de controle físico e o sistema de controle lógico  usuário do sistema de controle configura os módulos de controle lógicos, cada um efetuando uma tarefa específica de controle, com o auxílio de uma linguagem de configuração (ver próxima figura).
    • Módulos de controle lógico  são então interligados ao sistema de controle físico para planejar e supervisionar a operação de manufatura.

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modelo amherst karlsruhe14
MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Conceito hierárquico de um sistema computacional virtual de controle

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modelo amherst karlsruhe15
MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Objetivo do modelo do produto fornecer ao projetista uma ferramenta de modelagem com a qual ele pode descrever o produto.
  • Modelo  pode conter informações sobre as funções, forma, geometria, acabamento, métodos de manufatura e montagem, e a qualidade do produto.
  • Componentes básicos para a construção do modelo  devem ser independentes do produto e de seus processos de manufatura.
  • Além disso  modelo deve ser capaz de ser usado em equipamentos computacionais de vários fabricantes.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Modelo do produto  estrutura as informações semânticas sobre o produto em várias camadas, por exemplo, camadas de concepção, projeto e manufatura (ver próxima figura).

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Exemplo de modelo de produto

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Apesar de haver muitos pesquisadores trabalhando no conceito de um modelo de produto, até agora existem poucos resultados que são úteis para a indústria.
  • Dificuldades  decorrentes das muitas variações nos métodos de modelagem do produto e manufatura.
  • Considera-se que para construir um modelo bem sucedido do produto, será necessário customizá-lo a classes específicas de produtos.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Informações básicas para o planejamento da manufatura de um produto contidas no banco de dados do CAD  são dados gráficos e de manufatura, textos e uma descrição de componentes padronizados.
  • Existem 3 planos a serem feitos: um para manufatura, outro para montagem e outro para testes (ver próxima figura).
  • Muitas exigências desses planos são similares, mas não idênticas.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Atividades de planejamento assistidas pelo computador

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Planejamento
    • Planejamento  representado por um ou vários módulos de controle lógico configurados para uma aplicação específica.
    • IGES  pode ser aplicado para transferir dados gráficos do CAD para o CAPP; entretanto, para todos os outros dados não há um padrão disponível atualmente.
    • Próxima figura  mostra diferentes modos de interfacear o CAD com o CAPP.
    • Informações que saem do planejamento  devem ser introduzidas no agendamento  parâmetros do planejamento são usados pelo agendamento para iniciar ações no chão-de-fábrica.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Diferentes modos de interfacear o CAD com o CAPP

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Programação
    • Banco de dados do CAD  origem para a programação dos equipamentos de manufatura.
    • Programação deve ser feita para máquinas NC, robôs, e equipamentos de teste.
    • Linguagens e métodos de programação usados diferem consideravelmente um do outro, como ilustrado na próxima figura.
    • Máquinas podem ser programadas através de APT, ou uma linguagem orientada à tarefa.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Programação dos equipamentos de manufatura

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Vários métodos para conectar o banco de dados de CAD com o sistema de programação NC

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Encomendas do consumidor, datas de entrega, recursos de manufatura, e regras de prioridades são os parâmetros principais para preparar a agenda da manufatura.
  • Documentos principais usados para o agendamento  BOM & desenho.
  • Plano de processos & programas de máquinas  fornecem os parâmetros básicos de controle para o seqüenciamento e controle dos processos de manufatura.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Agendamento  uma das atividades mais difíceis da manufatura.
  • Alguns dos métodos mais conhecidos usam programação linear e inteira, programação dinâmica, heurísticas, e mais recentemente métodos baseados no conhecimento  memória computacional 
  • Agendamento  recomenda-se a sua execução on-line isto requer que informações sejam realimentadas dos processos, e introduzidas no processo de agendamento para adaptar a agenda às condições da fábrica.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Esquema de um sistema de agendamento  ver figuras abaixo.

Agendamento dinâmico de operações de manufatura

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

O ambiente integrado de agendamento do modelo genérico de manufatura

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Processo de manufatura  monitorado e controlado por uma rede de computadores.
  • Estruturas hierárquicas podem ter 1, 2 ou 3 camadas dependendo do tamanho e complexidade do sistema de manufatura.
  • Comunicação dessa rede é feita através do protocolo MAP numa camada superior, e num protocolo “bus” numa camada inferior para o controle e monitoramento das máquinas.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Características típicas desta rede são:
    • Atividades de planejamento e supervisão nos níveis superiores, e controle e monitoramento nos níveis mais baixos.
    • Uso de computadores de processo nos níveis superiores, e microcomputadores e CLPs nos níveis mais baixos.
    • Protocolos TOP e MAP nas camadas superiores, e protocolos “bus” nos níveis mais baixos.
    • Componentes estruturados genericamente que podem ser interligados de acordo com o princípio “plug-in”.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Sistemas abertos que podem ser configurados, estendidos ou compactados on-line automaticamente ou interativamente.
  • Operabilidade contínua do nível inferior no caso de falha no nível superior.
  • Uso de monitores como painéis de controle do operador.
  • Programação e configuração simples do sistema através de teclado ou “mouse”.
  • Apresentação gráfica do fluxo do processo (vistas macroscópicas e microscópicas).
  • Levar o usuário a localizar falhas no sistema.
  • Acesso ao usuário para processar dados em qualquer nível.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Mudança automática para equipamentos substitutos no caso de falha.
  • Apresentação seletiva de tendências do processo e dados históricos de desempenho.
  • Simulação da estratégia de controle em cada camada.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Controle do chão-de-fábrica pelo computador

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Tarefas de processamento de dados do computador de controle da célula

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Tarefas de processamento de dados do computador de controle da máquina

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Uma rede de computadores para CIM

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Níveis conceituais de rede num CIM

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • MAP/TOP
    • Grande quantidade de problemas encontrados no projeto de redes causou o desenvolvimento de padrões para redes.
      • 1o padrão genérico de redes chamado OSI foi desenvolvido através da ISO.
      • Então outros padrões foram desenvolvidos para que as aplicações pudessem ser adaptadas ao modelo de referência OSI.
      • Um dos padrões mais importantes é o “MAP” (“Manufacturing Automation Protocol”)  iniciado pela GM em 1980, em cooperação com muitas outras empresas.
      • Uma característica de uma LAN é a habilidade para interligar os vários computadores da empresa que podem ter sido comprados de diferentes fornecedores para uma rede, de forma que eles funcionem juntos.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • MAP/TOP
    • Posteriormente  esforço para desenvolver um padrão paralelo do MAP para áreas de engenharia e escritório.
    • Boeing  introdução do TOP (“Technical and Office Protocols”) em 1985.
    • Importante  MAP & TOP não são padrões.
      • MAP e TOP especificam elementos particulares dentro do padrão que são mais adequados para uma área particular da aplicação.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • MAP/TOP
    • Especificações MAP e TOP são praticamente idênticas  sua diferença: foram projetadas para interfacear diferentes tipos de software de aplicação, e também no modo como as mensagens são enviadas pela rede.
    • Os 2 tipos de rede podem ser interligadas de forma transparente, num custo baixo.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Bancos de Dados de CIM
    • Coração de um CIM  sistema de gerenciamento de informações, que processa, manuseia e controla os dados compartilhados necessários para administração, projeto, planejamento, agendamento e controle.
    • Eficiência da operação de uma fábrica CIM  depende da qualidade e integridade de um sistema bem projetado de gerenciamento de informações.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Bancos de Dados de CIM
    • Existe um relacionamento próximo entre os dados que estão sendo processados e usados nas várias atividades de manufatura  p.ex. informações de projeto são necessárias para o planejamento, agendamento, programação de máquinas, controle de qualidade, etc.
    • Por esta razão, um sistema de informações deve ser projetado como uma entidade que contém todas as atividades de manufatura.
    • Componentes do sistema de informações: módulos de planejamento e controle, banco de dados comum, rede de computadores, e o sistema de comunicação.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Bancos de Dados de CIM
    • Funcionalidade do sistema de gerenciamento de informações depende de quão bem estes componentes são integrados e usados.
    • Dados manuseados e processados pelo sistema de gerenciamento de informações advêm de fontes externas e internas da empresa.
    • Próxima figura  visão global dos dados que são introduzidos no sistema de manufatura, considerando-se o contexto da empresa no “mundo” em que ela opera.
      • Anel externo  atividades que se projetam no futuro;
      • Anel interno  atividades referentes aos processos de manufatura que estão ocorrendo atualmente na empresa.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Sistema de gerenciamento de informações de uma empresa

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Um banco de dados de CIM dever dar suporte a todo o fluxo de uma ordem ao longo da fábrica

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Projeto do Banco de Dados
    • Algumas características necessárias: elevada velocidade de acesso, facilidade de atualização e manutenção, e redundância de armazenamento.
    • 4 tipos diferentes de bancos de dados
      • Coleção de Bancos de Dados Independentes:
        • Somente valor histórico  era pioneira da tecnologia dos computadores.
        • Conceito desenvolvido a partir da necessidade básica de cada aplicação de processamento de dados, levando à necessidade da fábrica como um todo possuir um banco de dados.
        • Necessidade de um banco de dados central não foi reconhecida naquele tempo, e as ferramentas para construir e operar tal banco de dados não estavam disponíveis.
        • Pouca consideração era dada a dados comuns, fórmulas, estruturas do banco de dados e protocolos.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Coleção de bancos de dados independentes

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Coleção de Bancos de Dados Independentes:
    • Vantagens & desvantagens:
      • maneira rápida de implementar muitas aplicações de manufatura;
      • manutenção de bancos de dados individuais é fácil;
      • número de bancos de dados redundantes será implementado;
      • virtualmente impossível acessar outros bancos de dados;
      • integração destes bancos de dados é extremamente difícil, e somente possível com pré- e pós-processadores, pelos quais reduz-se a integridade dos dados;
      • manutenção de muitos bancos de dados independentes é cara;
      • mudança num banco de dados pode resultar na necessidade de mudanças em vários outros.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Coleção de Bancos de Dados Independentes:
    • Apesar destas dificuldades  bancos de dados independentes não podem ser considerados completamente descartados.
    • Tipicamente, um engenheiro trabalhando num projeto especial estará instalando um banco de dados apenas para manusear dados sobre análises de transferência de calor, tensões, deformações ou vibrações.
    • Este tipo de banco de dados pode não ser relevante para a manufatura, e portanto não haverá a necessidade de incluí-lo no processo de produção.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Centralizado:
    • Considera-se que o banco de dados centralizado possui a melhor estrutura como um depósito de dados para o presente modelo genérico.
    • Idealmente, pode ser projetado como um banco de dados multi-usuário unificado, tendo um mínimo de redundância dos dados, um elevado grau de segurança dos dados, e elementos de recuperação dos dados.
    • Tais bancos de dados apresentam o problema de que, enquanto eles manuseiam, p.ex. aplicações de PCP muito bem, eles não são adequados para aplicações de CAD  o banco de dados centralizado ainda não pode ser aplicado na prática  tal banco de dados será inerentemente lento  esforço administrativo para operá-lo no modo multi-usuário será proibitivo.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Centralizado:
    • Eis a seguir algumas de suas características:
      • banco de dados adequa-se bem ao modelo de manufatura genérica;
      • banco de dados assegura um elevado grau de consistência dos dados;
      • manipulação dos dados num ambiente multi-usuário será bem lenta, se o banco de dados atender a muitas aplicações;
      • manutenção de tal banco de dados é difícil;
      • atualmente não existe conhecimento suficiente disponível para manusear a variedade de tipos de dados usados na manufatura;
      • necessário um mecanismo de proteção dos dados para evitar que usuários acessem e mudem dados sem autorização.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Banco de dados centralizado

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Interfaceado:
    • usuário tem acesso ao seu próprio banco de dados específico (isto é, no seu domínio) e ao banco de dados centralizado.
    • atividades de manufatura podem ser visualizadas como ilhas individuais de processamento de informações, cada uma possuindo seus próprios programas, dados, formatos de dados e estrutura organizacional.
    • comunicação entre as várias atividades é feita através de protocolos e formatos padronizados.
    • bancos de dados locais podem acessar um ao outro; para esse propósito, pré- ou pós-processadores podem ser usados para tornar possível a comunicação.
    • entretanto, se houver um conjunto amplo de tipos de dados associados a uma atividade, então pode ser difícil encontrar interfaces padronizadas  p.ex. para dados geométricos, o formato IGES pode ser aplicado, porém para outros dados relacionados ao desenho, poderão não existir padrões.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Banco de dados interfaceado

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Interfaceado:
    • Uma das grandes vantagens desse conceito  permite o acesso a um banco de dados centralizado onde são armazenados dados comuns  p.ex. atividade de projeto pode armazenar no banco de dados centralizado os dados do produto necessários para o planejamento do processo, programação NC, e agendamento.
    • usado normalmente em sistemas computacionais distribuídos, e ajusta-se em conceitos modernos de computação.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Interfaceado:
    • Vantagens & Desvantagens:
      • usuário possui o seu próprio banco de dados;
      • banco de dados assegura uma boa consistência dos dados;
      • banco de dados centralizado necessita de um bom mecanismo de proteção contra um uso errado e mudança dos dados;
      • sistema ajusta-se bem ao conceito de computação distribuída;
      • interfaceamento entre bancos de dados pode ser feito através de pré- e pós-processadores;
      • bancos de dados podem ser projetados hierarquicamente para ajustar-se a uma estrutura hierárquica de gerenciamento e controle;
      • acesso rápido aos dados locais;
      • responsabilidade local pelos bancos de dados;

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Interfaceado:
    • Vantagens & Desvantagens:
      • no caso de uma falha do sistema, o banco de dados permanece disponível para manipulação;
      • adequado para manutenção;
      • formatos, protocolos de comunicação e interfaces comuns devem ser fornecidas;
      • difícil coordenar o interfaceamento com o arquivo central de dados.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE
  • Banco de Dados Distribuído:
    • Acesso ao banco de dados mestre (centralizado) é restringido, e bancos de dados locais não podem acessar diretamente um ao outro.
    • Tipicamente, com esse tipo de banco de dados, tarefas são distribuídas em intervalos fixos de tempo às atividades locais, onde ocorre o processamento dos dados.
    • Em tempos predeterminados, o banco de dados centralizado é atualizado.
    • Vantagens  similares àquelas dos bancos de dados interfaceados  proteção do banco de dados centralizado, entretanto, é melhor, uma vez que o acesso a estes dados pode ser bem controlado.
    • Bancos de dados distribuídos são usados na engenharia, controle de processos, controle CNC, etc.

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MODELO AMHERST-KARLSRUHE

Banco de dados distribuído

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