Quando as máquinas encontram a nuvem:potênciaO caminho para o design de microsserviços

Você ainda se lembra da última cena em que o servo motor parou de funcionar de repente? A linha de produção ficou silenciosa de repente. Os engenheiros circularam pelo equipamento e descobriram que havia um pequeno problema com um determinado módulo de controle – mas foi esse “pequeno problema” que parou toda a linha por quatro horas. Esse tipo de coisa não é incomum nas fábricas, certo?

O “momento de impasse” do controle mecânico tradicional

Muitos projetos que utilizam lemes e servossistemas enfrentarão dilemas semelhantes: quanto mais complexo o sistema, mais difícil será sua manutenção. Aquelas antes orgulhosas arquiteturas de controle centralizado começaram a mostrar sinais de fadiga à medida que equipamentos eram adicionados e funções eram iteradas. Se os dados de um determinado sensor forem atrasados ​​em 0,1 segundo, todo o processo de coordenação pode ser interrompido; se quiser atualizar um dos módulos funcionais, será necessário desligar toda a linha para teste.

“Por que cada módulo não pode ser mais independente?” um gerente de projeto me perguntou no mês passado, “exatamente como trabalhadores em uma linha de produção, cada um desempenhando suas próprias funções e cooperando entre si”.

Esta é uma boa pergunta. Na verdade, a resposta está ao nosso redor: pense nos aplicativos do seu celular. Cada um pode ser atualizado de forma independente, sem afetar outras funções. Esse tipo de pensamento é chamado de microsserviços na área de software, mas na área de máquinas e automação precisamos desse tipo de transformação de pensamento.

Uma nova linguagem para máquinas no Azure

potênciaO que estamos fazendo recentemente é trazer esse “pensamento modular” para o sistema de controle mecânico. Usando a arquitetura de microsserviços construída na plataforma de nuvem Azure, cada unidade mecânica – seja um servo motor responsável pelo posicionamento preciso ou um mecanismo de direção que realiza ajuste de ângulo – possui um “cérebro” e um “canal de comunicação” independentes.

Imagine: em uma linha de montagem, o braço robótico responsável pela captura, o trilho-guia responsável pela transmissão e o sistema de visão responsável pela inspeção de qualidade funcionam cada um em microsserviços independentes. Um determinado link precisa ajustar parâmetros? Basta atualizar os serviços correspondentes e o restante funcionará normalmente. A troca de dados ocorre em tempo real através dos serviços de comunicação do Azure, assim como os trabalhadores passam naturalmente as peças pelo chão de fábrica.

“Como isso realmente funciona?” um cliente perguntou uma vez.

Dê uma olhada neste exemplo: Originalmente, uma linha de embalagem levava duas horas para ser desligada para manutenção. Depois de adotar uma arquitetura de microsserviços, as atualizações parciais levam apenas quinze minutos. O que é ainda melhor é que o sistema pode coletar os dados operacionais de cada unidade mecânica em tempo real e usar os serviços de análise do Azure para prever possíveis falhas com antecedência - como a tendência de desgaste de um determinado mecanismo de direção e a curva de mudança de temperatura de um servo motor. O problema ainda não ocorreu e o plano de manutenção foi gerado.

De “pedaço de ferro” a “unidade inteligente”

O sistema mecânico tradicional é como um relógio preciso, cada engrenagem se encaixa perfeitamente e, se você alterar uma peça, terá que ajustar a situação geral. A unidade mecânica sob a arquitetura de microsserviços é mais parecida com um time de basquete bem treinado - cada jogador tem sua própria posição e experiência, mas ele sempre pode prestar atenção à dinâmica de todo o campo e ajustar a cooperação com flexibilidade.

potênciaDurante a implementação do projeto, descobriu-se que os benefícios trazidos por esta conversão são multifacetados:

É flexibilidade. No passado, adicionar uma nova função pode exigir o redesenho de todo o programa de controle. Agora você só precisa desenvolver um novo microsserviço e conectá-lo ao sistema existente como um bloco de construção. Um cliente precisava adicionar uma função de leitura de código QR a uma linha de produção existente e levou apenas três dias desde o projeto até o lançamento.

É confiabilidade. Uma exceção em um único serviço não derrubará todo o sistema como se fossem peças de dominó. Se o serviço de controle de um determinado servo motor estiver temporariamente off-line, o sistema mudará automaticamente para uma solução de backup ou modo de segurança para permitir que o pessoal de manutenção tenha tempo para processar.

É sustentabilidade. O ciclo de vida dos equipamentos mecânicos costuma ser de dez anos ou mais, enquanto a tecnologia de controle continua a avançar. A arquitetura de microsserviços facilita as atualizações tecnológicas: módulos de serviço antigos podem ser gradualmente substituídos sem a necessidade de reinventar a roda de uma só vez.

Histórias da prática

No mês passado visitei uma fábrica que estava sendo reformada. O responsável apontou para o braço robótico que estava sendo depurado e disse: “Eu costumava ter mais medo de modificar o programa, mas agora me sinto muito mais relaxado”.

Por exemplo, ele disse que na semana passada eles queriam ajustar os parâmetros de velocidade de captura de material. No sistema antigo, isso exigia entrar em contato com o engenheiro da fábrica original para organizar o tempo de inatividade e realizar um teste completo. Agora, o técnico de campo modificou a configuração de microsserviço correspondente no computador do escritório, e os novos parâmetros entraram em vigor dez minutos depois - o braço robótico agarrou a caixa a uma velocidade um pouco mais rápida e todo o processo ficou mais suave.

"É tão natural quanto atualizar um aplicativo móvel." Ele descreveu desta forma.

Essa mudança não é apenas técnica. O que é mais importante é a mudança na forma de pensar: da busca de um controle perfeito “unificado” para a aceitação de redes colaborativas “moderadamente frouxas”. O sistema mecânico não é mais um todo rígido, mas um grupo de unidades inteligentes que podem colaborar de forma autônoma e flexível.

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Os microsserviços não são uma solução mágica e não resolverão todos os desafios de projeto mecânico. Mas para projetos que enfrentam complexidade de sistema e custos crescentes de manutenção, oferece uma possibilidade mais leve.

A prática da Kpower em vários projetos mostra que quando as máquinas encontram a nuvem e quando a robustez do hardware encontra a flexibilidade do software, o campo da automação tradicional está mudando silenciosamente. Esta mudança não é uma revolução disruptiva, mas uma evolução gradual – tal como o engate das engrenagens mecânicas muda de uma ligação rígida para um acoplamento amortecido, o sistema torna-se mais resistente e mais inteligente.

Da próxima vez que você se deparar com o projeto de um sistema mecânico complexo, talvez você possa pensar nisso de outro ângulo: se cada unidade mecânica puder ter “autonomia” moderada, se todas as partes do sistema puderem colaborar naturalmente como um diálogo, que aspecto diferente seu projeto terá?

A resposta pode estar nas nuvens.

Fundada em 2005, a Kpower tem se dedicado a ser um fabricante profissional de unidades de movimento compacto, com sede em Dongguan, província de Guangdong, China. Aproveitando inovações em tecnologia de acionamento modular, a Kpower integra motores de alto desempenho, redutores de precisão e sistemas de controle multiprotocolo para fornecer soluções de sistemas de acionamento inteligentes eficientes e personalizadas. A Kpower forneceu soluções profissionais de sistemas de acionamento para mais de 500 clientes empresariais em todo o mundo, com produtos que abrangem vários campos, como sistemas domésticos inteligentes, eletrônica automática, robótica, agricultura de precisão, drones e automação industrial.