Programação
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PMR5253 - Sistemas Produtivos Inteligentes
Docente(s): Fabrício Junqueira (fabri@usp.br)
Objetivos:
Sistemas Produtivos (SP) coordenam um conjunto de pessoas e/ou equipamentos, que interagem de forma disciplina por meio de um processo produtivo, a fim de produzirem bens e/ou prestarem serviços. Como alguns exemplos de sistemas produtivos pode-se citar: sistemas de manufatura, sistemas prediais, sistemas de transporte, sistemas de informação. A adição de tecnologias digitais permite a transformação destes sistemas em Sistemas Produtivos Inteligentes (SPI). Esta nova classe de sistemas é capaz de monitorar o ambiente produtivo de forma inteligente, bem como realizar auto análise de desempenho, diagnósticos e controle de forma autônoma. Ele promove a interação eficiente entre equipamentos e pessoas em um ambiente distribuído. Desta forma, esta disciplina visa apresentar e debater os novos conceitos digitais que promovem o estudo, projeto e implementação de Sistemas Produtivos Inteligentes, dentre eles: Internet das Coisas, Gêmeos Digitais, Sistemas Cíber-físicos, Big Data & Analytics, Cloud Computing e, mais recentemente, a Indústria 4.0.
Justificativa:
A área de automação e controle tem papel fundamental no projeto e implantação de Sistemas Produtivos. No entanto, nos últimos anos, houve uma rápida aproximação entre as áreas de automação e tecnologia da informação (TI). Alguns conceitos abordados neste curso estão predominantemente relacionados ao mundo de TI, como Cloud Computing e Big Data & Analytics, mas vêm ganhando espaço na área de automação. Outras, como Internet das Coisas, Gêmeos Digitais e Sistemas Ciber-Físicos misturam conceitos de automação e TI, mas ainda não atingiram um nível de maturidade comercial. Dessa forma, o conhecimento conjunto dessas duas áreas é essencial para projetar Sistemas Produtivos Inteligentes.
Conteúdo:
- Apresentar e debater as três primeiras revoluções industriais, em especial que não se tratam apenas de revoluções tecnológicas, mas econômicas, políticas e sociais;
- Gêmeo digital;
- Cyber Physical System (CPS);
- Código de barras, identificadores eletrônicos (RFID) e a Internet das Coisas (IoT);
- Do EDI (Electronic Data Interchange - Intercâmbio Eletrônico de Dados) ao SOA (WebService);
- Redes colaborativas entre empresas;
- Análise de dados e Big data;
- Cloud computing;
- A quarta revolução industrial de forma ampla, e as suas iniciativas tecnologócias de implementação da Fábrica Inteligente, como a iniciativa alemã, denominada "Indústria 4.0".
Forma de Avaliação: O conceito final é a média ponderada de exercícios e um trabalho final.
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Objetivo desta aula
- Apresentar o curso, sua estrutura e critérios de avaliação
- Apresentar a evolução da humanidade e da tecnologia até a 3a Revolução Industrial
- Analisar quais os pilates tecnológicos que permitiram as revoluções industriais
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Refletir sobre as tecnologias, seu ciclo de evolução, e as circunstâncias que favoreceram (ou não) sua adoção
- Refletir se as revoluções industriais foram apenas revoluções tecnológicas
Como se preparar para esta aula
- Não se atrase para a aula
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva e discussão
O que deve ser feito após a aula
- Revise os slides desta aula bem como consultar material na internet
- Monte um quadro resumo (vide exemplo no tópico "Atividades e/ou recursos") que relacione as três primeira revoluções industriais com os aspectos: economia, política, sociedade, e tecnologia
- Submeta o PDF do seu quadro resumo antes da Aula 02
Bibliografia
- Bruland, K. Smith, K. (2013), Assessing the role of steam power in the first industrial revolution: The early work of Nick von Tunzelmann, In. Research Policy, Vol. 42, No. 10, pp. 1716-1723.
- Dixit, U. S., Hazarika, M., Davim, J. P. (2017) , A Brief History of Mechanical Engineering, Springer International Publishing, 178p.
- von Tunzelmann, N. (2003), Historical coevolution of governance and technology in the industrial revolutions, In. Structural Change and Economic Dynamics, Vol. 14, No. 4, pp. 365-384.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre o curso1.0 Mb Documento PDF Carregado 15/09/2023 09:44
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ARQUIVO :: Evolução / Histórico6.4 Mb Documento PDF Carregado 15/09/2023 09:45
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ARQUIVO :: Exemplo de quadro resumo (sobre as 3 primeiras revoluções industriais) preparatório para a à Aula 0214.0 Kb Documento do Word 2007 Carregado 12/09/2023 23:09
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ARQUIVO :: Modelo e orientações específicas para o trabalho final36.1 Kb Documento do Word 2007 Carregado 12/09/2023 23:07
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Objetivo desta aula
- Discutir a evolução da humanidade e da tecnologia até a 3a Revolução Industrial
- (Tentativa de) traçar um cenário atual para países desenvolvidos ocidentais (por exemplo Estados Unidos e países europeus); países desenvolvidos orientais (por exemplo, China, Coreia do Sul e Japão); e países em desenvolvimento (por exemplo, o Brasil) com relação aos aspectos: economia, fontes de energia, meio ambiente, política, sociedade, e tecnologia
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Refletir sobre os diferentes aspectos que cercaram / cercam as revoluções industriais e poder analisar o seu cotidiano
- Analisar o contexto atual em diferentes regiões do globo e poder identificar oportunidades e problemas para a adoção da 4a Revolução Industrial
Como se preparar para esta aula
- Monte um quadro resumo (vide exemplo no tópico "Atividades e/ou recursos") que relacione o cenário atual de países desenvolvidos ocidentais (por exemplo Estados Unidos e países europeus); países desenvolvidos orientais (por exemplo, China, Coreia do Sul e Japão); e países em desenvolvimento (por exemplo, o Brasil) com os aspectos: economia, fontes de energia, meio ambiente, política, sociedade, e tecnologia
O que será feito durante a aula
- O intuito é promover uma discussão sobre aspectos relacionados à economia, política, sociedade, e tecnologia referentes às três primeiras revoluções industriais e também sobre o cenário atual
O que deve ser feito após a aula
- Ver o tópico "Como se preparar para esta aula" da Aula 03
Bibliografia
- Não há
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Exemplo de quadro resumo (sobre o cenário atual) preparatório para a à Aula 0214.4 Kb Documento do Word 2007 Carregado 15/09/2023 09:54
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Objetivo desta aula
- Apresentar conceitos básicos sobre IoT (Internet of Things)
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender a origem do IoT, tanto por parte do RFID como da RSSF (Rede de Sensores Sem Fio)
- Entender o papel do IoT para a Indústria 4.0
- Entender que IoT não é sinônimo de Indústria 4.0
Como se preparar para esta aula
- Consultar os trabalhos listados na bibliografia
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
- Atividades em aula
O que deve ser feito após a aula
- Procurar trabalhos relacionando o assunto da aula ao tema do trabalho final
Bibliografia
- Atzori, L.; Iera, A.; Morabito, G. (2010), The Internet of Things: A survey, Computer Networks, Vol. 54, No. 15, pp. 2787-2805.
- Mancini, M. (2017), Internet das Coisas: História, Conceitos, Aplicações e Desafios, PMI São Paulo, pp. 1-9.
- Mumtaz, S.; Alsohaily, A.; Pang, Z. (2017), Massive Internet of Things for Industrial Applications: Addressing Wireless IIoT Connectivity Challenges and Ecosystem Fragmentation, IEEE Industrial Electronics Magazine , Vol. 11, No. 1, pp. 28-33.
- Pena, M. D. V.; Rodriguez-Andina, J. J.; Manic, M. (2017), The Internet of Things: The Role of Reconfigurable Platforms, IEEE Industrial Electronics Magazine, Vol. 11, No. 3, pp. 6-19.
- Santos, B. P.; Silva, L. A. M.; Celes, C. S. F. S.; Borges Neto, J. B.; Peres, B. S.; Vieira, M. A. M.; Vieira, L. F. M.; Goussevskaia, O. N.; Loureiro, A. A. F. (2017), Internet das Coisas: da Teoria à Prática, Capítulo 1, Universidade Federal de Minas Gerais.
- Schwartz, G. (2018), Relatório do BNDES aborda situação da internet das coisas, Rádio USP.
- Wollschlaeger, M.; Sauter, T.; Jasperneite, J. (2017), The Future of Industrial Communication: Automation Networks in the Era of the Internet of Things and Industry 4.0, IEEE Industrial Electronics Magazine, Vol. 11, No. 1, pp. 17 - 27.
- Zhou, Z., Xie, S., Chen, D. (2012), Fundamental of Digital Manufacturing Science, Springer.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre IoT6.6 Mb Documento PDF Carregado 3/10/2023 16:58
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Objetivo desta aula
- Apresentar conceitos básicos sobre CPS (Cyber Physical Systems)
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender os principais conceitos de CPS e poder diferenciá-lo de IoT
Como se preparar para esta aula
- Consultar os trabalhos listados na bibliografia
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
O que deve ser feito após a aula
- Procurar trabalhos relacionando o assunto da aula ao tema do trabalho final
Bibliografia
- Herterich, M. M.; Uebernickel, F.; Brenner, W. (2015), The Impact of Cyber-physical Systems on Industrial Services in Manufacturing, Procedia CIRP, Vol. 30, pp. 323-328.
- Hu, F.; Lu, Y.; Vasilakos, A. V.; Hao, Q.; Ma, R.; Patil, Y.; Zhang, T.; Lu, J.; Li, X.; Xiong, N. N. (2016), Robust Cyber–Physical Systems: Concept, models, and implementation, Future Generation Computer Systems, Vol. 56, pp. 449-475.
- Leitão, P.; Colombo, A. W.; Karnouskos, S. (2016), Industrial automation based on cyber-physical systems technologies: Prototype implementations and challenges, Computers in Industry, Vol. 81, pp. 11-25.
- Liu, C.; Jiang, P. (2016), A Cyber-physical System Architecture in Shop Floor for Intelligent Manufacturing, Procedia CIRP, Vol. 56, pp. 372-377.
- Monostori, L.; Kádár, B.; Bauernhansl, T.; Kondoh, S.; Kumara, S.; Reinhart, G.; Sauer, O.; Schuh, G.; Sihn, W.; Ueda, K. (2016), Cyber-physical systems in manufacturing, CIRP Annals, Vol. 65, No. 2, pp 621-641.
- Penas, O.; Plateaux, R.; Patalano, S.; Hammadi, M. (2017), Multi-scale approach from mechatronic to Cyber-Physical Systems for the design of manufacturing systems, Computers in Industry, Vol. 86, pp. 52-69.
- Rawung, R. H.; Putrada, A. G. (2014), Cyber physical system: Paper survey, In: 2014 International Conference on ICT For Smart Society (ICISS), pp. 1-6.
- Wang, S.; Zhang, Y.; Yang, Z. (2016), A Graphical Hierarchical CPS Architecture, In: International Symposium on System and Software Reliability (ISSSR), pp. 97-105.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre CPS4.3 Mb Documento PDF Carregado 3/10/2023 16:58
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Objetivo desta aula
- Apresentar conceitos básicos sobre SOA (Service Oriented Architecture)
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender os principais conceitos sobre SOA e seu papel na Indústria 4.0
Como se preparar para esta aula
- Consultar os trabalhos listados na bibliografia
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
O que deve ser feito após a aula
- Procurar trabalhos relacionando o assunto da aula ao tema do trabalho final
Bibliografia
- Hørlück, J. (1994), The pragmatics of electronic data interchange: The use of EDI will unify business procedures, International Journal of Information Management, Vol. 14, No. 5, pp. 330-343.
- Scala, S.; McGrath Jr., R. (1993), Advantages and disadvantages of electronic data interchange an industry perspective, Information & Management, Vol. 25, No. 2, pp. 85-91.
- Souit, S. (2013), Orquestração de sistemas produtivos dispersos. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Controle e Automação Mecânica) - Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre SOA3.7 Mb Documento PDF Carregado 17/10/2023 13:56
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Objetivo desta aula
- Apresentar conceitos básicos sobre Gêmeo digital (Digital Twin)
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender os conceitos de Gêmeo Digital
- Entender as sua semelhanças e diferenças em relação ao CPS
Como se preparar para esta aula
- Consultar os trabalhos listados na bibliografia
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
O que deve ser feito após a aula
- Procurar trabalhos relacionando o assunto da aula ao tema do trabalho final
Bibliografia
- Negri, E.; Fumagalli, L.; Macchi, M. (2017), A Review of the Roles of Digital Twin in CPS-based Production Systems, Procedia Manufacturing, Vol 11, pp. 939-948.
- Parrott, A.; Warshaw, L. (2017), Industry 4.0 and the digital twin - Manufacturing meets its match, Deloitte University Press, pp. 1-20.
- Rosen, R.; von Wichert, G.; Lo, G.; Bettenhausen, K. D. (2015), About The Importance of Autonomy and Digital Twins for the Future of Manufacturing, IFAC-PapersOnLine, Vol. 48, No. 3, pp. 567-572.
- Uhlemann, T. H.-J.; Lehmann, C.; Steinhilper, R. (2017), The Digital Twin: Realizing the Cyber-Physical Production System for Industry 4.0, Procedia CIRP, Vol. 61, pp. 335-340.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre Gêmeo Digital4.7 Mb Documento PDF Carregado 17/10/2023 14:02
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Objetivo desta aula
- Apresentar conceitos básicos sobre Big data & Analytics
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender que Big data não se restringe à quantidade de dados
- Conhecer os 5Vs do Big data
- Entender que Big data não é útil sem Analytics e vice-versa
- Entender a importância destes conceitos e tecnologias de forma geral e sua aplicação no contexto da Indústria 4.0
Como se preparar para esta aula
- Ler entre as páginas 487 e 510 da bibliografia sugerida
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
O que deve ser feito após a aula
- Procurar trabalhos relacionando o assunto da aula ao tema do trabalho final
Bibliografia
- Coda, F. A., (2021), Arquitetura para aquisição de big data voltada para indústria 4.0., Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo.
- Oppitz, M.; Tomsu, P. (2018), Inventing the Cloud Century - How Cloudiness Keeps Changing Our Life, Economy and Technology, Springer, 609p.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre Big Data & Analytics6.9 Mb Documento PDF Carregado 24/10/2023 14:09
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Objetivo desta aula
- Apresentar conceitos básicos sobre Cloud computing
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Nem tudo que está na internet deve ser chamado de Cloud, ou seja, não é porque preciso dos meus dados na internet que eu necessito de uma solução de cloud computing
- Entender a importância destes conceitos e tecnologias de forma geral e sua aplicação no contexto da Indústria 4.0
Como se preparar para esta aula
- Ler entre as páginas 267 e 318 da bibliografia sugerida
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
O que deve ser feito após a aula
- Procurar trabalhos relacionando o assunto da aula ao tema do trabalho final
Bibliografia
- Oppitz, M.; Tomsu, P. (2018), Inventing the Cloud Century - How Cloudiness Keeps Changing Our Life, Economy and Technology, Springer, 609p.
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre Cloud7.7 Mb Documento PDF Carregado 7/11/2023 14:02
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Objetivo desta aula
- Apresentar as principais características da 4a Revolução Industrial
- Apresentar o RAMI 4.0
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender o que se espera para a 4a Revolução Industrial, principalmente do ponto de vista tecnológico
- Entender os conceitos de integração horizontal, integração vertical e engenharia fim-a-fim
- Identificar as principais características do RAMI 4.0
Como se preparar para esta aula
- Podem ser consultadas as referências bibliográficas sugeridas, em especial Adolphs et al. (2015) e Pisching (2017) (páginas 21-29, 45-52, 73-81)
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
O que deve ser feito após a aula
- Rever os slides / o vídeo desta aula
Bibliografia
- Adolphs, P.; Bedenbender, H.; Dirzus, D.; Ehlich, M.; Epple, U.; Hankel, M.; Heidel, R.; Hoffmeister, M.; Huhle, H.; Karcher, B.; Koziolek, H.; Pichler, R.; Pollmeier, S.; Schewe, F.; Walter, A.; Waser, B.; Wollschlaeger, M. (2015), Status Report: Reference Architecture Model Industrie 4.0 (RAMI4.0), Verein Deutscher Ingenieure (VDI).
- Braune, A.; Diesner, M.; Hüttemann, G.; Klein, M.; Löwen, U.; Thron, M. (2016), Status Report: Industrie 4.0 Components - Modeling Examples, Verein Deutscher Ingenieure (VDI).
- Coda, F. A., (2021), Arquitetura para aquisição de big data voltada para indústria 4.0., Dissertação de Mestrado, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo.
- Delsing, J. (2017), Local Cloud Internet of Things Automation: Technology and Business Model Features of Distributed Internet of Things Automation Solutions, IEEE Industrial Electronics Magazine, Vol. 11, No. 4, pp. 8-21.
- Han, S. (2020). A review of smart manufacturing reference models based on the skeleton meta-model, Journal of Computational Design and Engineering, Vol. 7, No. 3, pp. 323–336.
- Pisching, M. A. (2017), Arquitetura para descoberta de equipamentos em processos de manufatura com foco na indústria 4.0. Tese de Doutorado, Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo.
- Site: GitHub - admin-shell-io / aasx-package-explorer
- Site: GitHub - aasx-server
- Site: Platform Industrie 4.0 - Downloads & News
- Site: Eclipe Basys
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre Industria 4.05.3 Mb Documento PDF Carregado 14/11/2023 16:21
- Apresentar as principais características da 4a Revolução Industrial
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Objetivo desta aula
- Apresentar o conceito de Componente 4.0 e de Asset Administration Shell (AAS)
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Entender os conceitos básicos sobre Componente 4.0 e de Asset Administration Shell (AAS)
Como se preparar para esta aula
- Podem ser consultadas as referências bibliográficas sugeridas, em especial Adolphs et al. (2015) e Pisching (2017) (páginas 21-29, 45-52, 73-81)
O que será feito durante a aula
- Aula expositiva
- Exercício de aplicação dos conceitos de Componente 4.0 e AAS a um Ativo
O que deve ser feito após a aula
- Rever os slides / o vídeo da aula
- Continuar o exercício iniciado em aula (exercício 1 / liquidificador), caso não tenha sido concluído
- Fazer um novo exercício (exercício 2 / cafeteira) para a próxima aula
Bibliografia
- A mesma proposta na aula anterior
Atividades e/ou recursos
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ARQUIVO :: Apresentação sobre Componente 4.0 e AAS3.6 Mb Documento PDF Carregado 21/11/2023 13:37
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Objetivo desta aula
- Os estudantes apresentam os seus trabalhos finais
Ao final da aula o estudante deverá ser capaz de
- Demonstrar, por meio do seu trabalho final, que assimilou os conhecimentos apresentados / discutidos em aula
Como se preparar para esta aula
- Semanalmente o estudante deve pesquisar trabalhos relacionados ao seu tema, fichar, e aplicar os conceitos ao seu tema
O que será feito durante a aula
- Os estudantes apresentarão os seus trabalhos finais
O que deve ser feito após a aula
- Deve ser finalizada a versão escrita do trabalho para ser entregue uma semana após a apresentação
Bibliografia
- Não há
Atividades e/ou recursos
- Os estudantes apresentam os seus trabalhos finais