Sistema de execução da produção (MES): produção orientada por IA

Na maioria das fábricas, as tarefas diárias incluem inspecionar máquinas, acompanhar dados e verificar se as peças têm defeitos. Infelizmente, estas atividades repetitivas podem ser facilmente esquecidas durante turnos longos.

No entanto, com avanços como a IA e a visão computacional, um subcampo focado em ensinar as máquinas a compreender informação visual, muitas destas tarefas estão agora a ser automatizadas. Para suportar este nível de automação da produção, os fabricantes também estão a utilizar sistemas que reúnem dados de toda a área de produção.

Em particular, um dos sistemas que está a impulsionar esta mudança nas fábricas é um sistema de execução da produção (MES). O software MES de ponta pode acompanhar todas as fases da produção, fornecer dados em tempo real e ajudar as equipas a responder rapidamente a problemas na área de produção.

Neste artigo, vamos explorar como funcionam os sistemas de execução da produção (MES) nas fábricas e como tecnologias como a IA e a visão computacional os estão a tornar mais inteligentes, rápidos e fiáveis. Vamos começar!

O que é um sistema de execução da produção (MES)?#

O software de produção MES gere e monitoriza a produção no chão de fábrica. Liga soluções empresariais, como sistemas de Planeamento de Recursos Empresariais (ERP), às operações de produção em tempo real.

Enquanto o ERP planeia o inventário, os materiais e os horários, o MES concentra-se na execução. Envia instruções para as máquinas e os operadores, capta dados de produção e acompanha cada etapa à medida que acontece. Isto significa que os fabricantes podem identificar atrasos, acompanhar a qualidade e tomar decisões mais rapidamente.

Por exemplo, em setores como o dos produtos farmacêuticos e o aeroespacial, o MES ajuda a acompanhar lotes, configurações de equipamento e dados introduzidos pelos operadores. Isto facilita o rastreio de cada etapa da produção caso surja algum problema.

A relação entre os sistemas MES e ERP#

Os sistemas MES e ERP funcionam melhor quando estão ligados. Pode pensar num sistema ERP de planeamento de recursos como o cérebro da operação, responsável pelo planeamento de alto nível, como o inventário, as encomendas e as finanças. O software de produção MES funciona como as mãos, gerindo a atividade em tempo real no chão de fábrica, como os processos de produção, a monitorização de equipamentos e a inspeção da qualidade.

Quando o cérebro e as mãos trabalham em conjunto, todo o sistema funciona de forma mais eficiente. A ligação entre os dois cria uma ligação clara entre o planeamento e a execução. Isto melhora a coordenação e ajuda as equipas a tomar decisões mais rápidas e fundamentadas em toda a operação.

Porque é que o MES é importante para os fabricantes modernos?#

As fábricas lidam diariamente com encomendas personalizadas, alterações às encomendas e controlos de qualidade rigorosos. Para gerir melhor estes desafios, o software MES foi concebido para se manter flexível e preservar a precisão. Estes sistemas dão às equipas uma visão clara do chão de fábrica e permitem-lhes responder rapidamente às mudanças.

Especificamente, a tecnologia MES desempenha um papel fundamental nos processos de produção ao oferecer acompanhamento em tempo real. Monitoriza o estado das máquinas, as ordens de trabalho e o fluxo de materiais. Isto ajuda as equipas a detetar abrandamentos ou problemas antes de afetarem a produção.

Além disso, um sistema MES pode possibilitar a rastreabilidade, algo crucial em setores regulamentados e complexos, como a biotecnologia e o fabrico de dispositivos médicos, ao acompanhar materiais, definições das máquinas e ações ao longo da produção. Estes dados em tempo real podem apoiar auditorias, garantir a conformidade e manter uma qualidade consistente dos produtos.

Normas MES ao longo dos anos#

Antes de o conceito de fábricas inteligentes se tornar popular, os fabricantes dependiam de sistemas desligados para gerir a produção. Isto dificultava a coordenação dos fluxos de trabalho, a manutenção da rastreabilidade e o acesso a informações em tempo real. À medida que as operações se tornaram mais orientadas por dados, o setor precisou de uma forma consistente de definir como a tecnologia MES se enquadra na configuração de produção mais ampla.

Um marco importante foi a introdução da ISA-95 no final da década de 1990. Esta norma definiu o software de produção MES como a ligação entre sistemas empresariais, como o ERP, e os equipamentos no chão de fábrica. Isto ajudou a uniformizar a forma como o MES suportava tarefas como o planeamento da produção, o acompanhamento do inventário e a gestão da qualidade.

Fig. 1. A ISA-95 define o papel do MES nos sistemas de produção. (Fonte)

Com o tempo, as necessidades da produção mudaram. Atualmente, as empresas querem uma melhor rastreabilidade, acesso rápido a dados em tempo real e sistemas que cumpram tanto os objetivos de conformidade como os de eficiência. Estas necessidades moldaram o software MES atual, que agora suporta a automação da produção e ajuda as fábricas a tornarem-se inteligentes e conectadas.

Principais funcionalidades dos sistemas de execução da produção#

Eis algumas funcionalidades essenciais do software MES e a forma como estão relacionadas com o aumento da produtividade, da rastreabilidade e da qualidade nos processos de produção:

• Gestão de recursos e ordens de trabalho: O MES atribui máquinas, ferramentas e operadores às ordens de trabalho, garantindo que os recursos certos estão disponíveis no momento certo. Isto reduz o tempo de inatividade e permite um melhor planeamento de recursos e alinhamento com o sistema ERP.
• Monitorização e controlo da produção: O MES acompanha o estado das máquinas, os tempos de ciclo e o progresso em tempo real. Os alertas ajudam as equipas a agir rapidamente perante atrasos ou períodos de inatividade, mantendo os processos de produção no caminho certo.
• Rastreabilidade e genealogia: O MES regista o percurso de cada peça com números de lote, dados de série e histórico dos componentes, criando uma pista de auditoria completa para garantir a conformidade e a preparação para recolhas.
• Gestão da qualidade: Em cada etapa, o MES realiza verificações para garantir que os produtos cumprem as normas. Regista os resultados das inspeções e assinala quaisquer problemas para impedir que os defeitos avancem.
• Gestão do inventário e controlo de materiais: O MES monitoriza matérias-primas, produtos em curso e produtos acabados em tempo real. Confirma que as peças certas estão disponíveis e reforça as práticas de gestão do inventário.
• Manutenção, força de trabalho e análise: O MES acompanha a utilização das máquinas e o desempenho dos operadores para apoiar a manutenção preditiva, melhorar a eficiência da mão de obra e fornecer informações para processos melhores.

Introdução da visão computacional e da IA no MES#

Embora o software de produção MES possa acompanhar dados de produção, não analisa entradas visuais provenientes de câmaras. Detalhes importantes, como o desgaste dos equipamentos ou erros de montagem, podem passar despercebidos. A visão computacional pode intervir e acrescentar essa camada de informações, permitindo a automação da produção em tarefas que antes eram totalmente manuais ou baseadas em sensores.

A análise de imagens na produção é orientada por modelos de IA para visão. Os modelos de visão computacional, como o Ultralytics YOLO11, podem detetar, acompanhar e classificar objetos ao longo de fotogramas de vídeo.

Por exemplo, o Ultralytics YOLO11 pode permitir verificações de qualidade em tempo real ao identificar defeitos e ajudar a monitorizar a segurança ao detetar trabalhadores em áreas de acesso restrito.

Eis uma análise mais detalhada de algumas tarefas de visão computacional suportadas pelo Ultralytics YOLO11 que podem simplificar os processos de produção:

• Deteção de objetos: Esta tarefa ajuda o MES a detetar componentes ou ferramentas durante a produção, confirmar que estão no local certo e evitar erros de montagem.
• Classificação de imagens: Pode ser utilizada para classificar itens como aprovados ou reprovados, ou por tipo de produto, permitindo ao MES automatizar a triagem e tomar decisões de controlo da qualidade em tempo real.
• Estimativa de pose: A análise da postura humana ou de máquinas através da estimativa de pose apoia as normas de segurança e ergonomia, enquanto o MES pode registar desvios e assinalar potenciais riscos.
• Segmentação de instâncias: Mesmo quando os itens se sobrepõem ou estão muito próximos, esta tarefa pode detetá-los e segmentá-los. Permite ao MES acompanhar cada peça com maior precisão e melhorar a gestão do inventário.

Fig. 2. O Ultralytics YOLO11 pode ser utilizado para detetar um trabalhador num armazém. (Fonte)

Digitalização do chão de fábrica com MES na nuvem#

Para enfrentar desafios quotidianos, como a introdução manual de dados, a falta de comunicação e os processos de produção lentos, muitos fabricantes estão a adotar Sistemas de Execução da Produção (MES) baseados na nuvem. Estes sistemas reúnem máquinas, pessoas e dados numa única plataforma, ajudando as equipas a trabalhar de forma mais eficiente e a manterem-se sincronizadas.

Com um MES baseado na nuvem, tarefas como a gestão do inventário, a gestão da qualidade e as atualizações de encomendas ocorrem em tempo real e podem ser acedidas a partir de qualquer dispositivo. Isto reduz atrasos, diminui os erros e facilita a gestão das operações em geral.

Fig. 3. Um exemplo de um sistema de execução da produção baseado na nuvem. (Fonte)

Outro benefício importante dos sistemas MES baseados na nuvem é poderem ser melhorados com soluções de visão computacional, como a inspeção automatizada de peças e a monitorização da atividade dos operadores.

Por exemplo, como vimos anteriormente, o Ultralytics YOLO11 pode ser utilizado para acompanhar objetos como componentes, ferramentas ou produtos acabados à medida que se deslocam pela fábrica. As informações provenientes destas soluções podem ser utilizadas para identificar ineficiências no fluxo de trabalho, evitar que os itens sejam colocados no local errado e apoiar a tomada de decisões em tempo real.

MES: tendências de integração e de fábricas inteligentes#

Para além da visão computacional e dos sistemas baseados na nuvem, a tecnologia MES está, de forma geral, a tornar-se mais inteligente e conectada, integrando-se estreitamente com sistemas ERP de planeamento de recursos, ferramentas na nuvem e dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Esta mudança melhora diretamente a capacidade de resposta, permitindo aos fabricantes tomar decisões mais rápidas e orientadas por dados.

Por exemplo, uma tendência importante é a utilização de computação de periferia. Em vez de enviar os dados para a nuvem, o MES pode agora processá-los localmente no chão de fábrica. Isto permite recolher e processar dados em tempo real, proporcionando uma melhor visibilidade das operações.

Outra área que regista um crescimento constante é a utilização de gémeos digitais. Estes são modelos virtuais que simulam máquinas ou sistemas completos. Podem ser utilizados para identificar problemas numa fase inicial e testar melhorias antes de estas ocorrerem em ambientes reais.

Fig. 4. Camadas de um MES a funcionar em conjunto numa configuração de produção inteligente. (Fonte)

Principais conclusões#

A tecnologia MES está a tornar-se uma parte essencial das fábricas atuais. Com o apoio de inovações recentes, como os modelos de visão computacional, o software MES pode ser utilizado para monitorizar o chão de fábrica, detetar problemas numa fase inicial e manter a produção a funcionar sem problemas. À medida que os sistemas MES continuam a evoluir, é provável que desempenhem um papel ainda mais importante para ajudar os fabricantes a manter a qualidade e a tomar decisões mais inteligentes no dia a dia.

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