A Evolução dos Sistemas Supervisórios Autor: Rogério Zampronha
O objetivo deste artigo é mostrar as tendências mais importantes para as gerações atuais e as novas gerações de softwares de supervisão, através de uma análise histórica de sua evolução e da estratégia dos principais fornecedores desse mercado. Os Sistemas Supervisórios atualmente utilizados pouco se parecem com as primeiras versões desse tipo de sistema, que foram lançadas a pouco mais de 20 anos. A bem da verdade, quando os mesmos foram lançados, não se podia imaginar que os Supervisórios fossem abraçar tantas funcionalidades e responsabilidades dentro de um projeto de automação, e nem que se tornassem uma base de dados fundamental para importantes tomadas de decisão (e não somente de operação da planta). A perspectiva histórica da evolução dos sistemas supervisórios é conseqüência das mudanças ocorridas em: a) Evolução tecnológica e poder computacional, que trouxe grande capacidade de processamento (aliada a baixo custo) aos computadores e sistemas atualmente utilizados; b) Evolução dos processos e práticas de gestão, que demandam constantemente informações da planta em tempos curtos (Six-Sigma, TQM, BSC, outros); c) Acirramento da concorrência entre empresas (clientes (c lientes finais), o que traz a necessidade da busca incessante por aumento de eficiência (onde ( onde a automação guarda um lugar de destaque); d) Consolidação da indústria de softwares supervisórios, através da aquisição das empresas desenvolvedoras de mais destaque por grandes grupos fornecedores de instrumentos e CLPs (Controladores Lógico Programáveis). A análise histórica também representa um importante exercício para se avaliar as próximas tendências para os sistemas supervisórios. EVOLUÇÃO HISTÓRICA O uso de sistemas supervisórios teve início no começo dos anos 80. Nesta época, o PC ainda era provido de pouco poder computacional, e outras plataformas de hardware ocupavam o espaço em projetos de automação. Controladores dedicados dedic ados e
ini-computadores eram comumente encontrados, mas apenas em projetos mais sofisticados – principalmente em sistemas de Energia e Petróleo - já que o custo destas plataformas inviabilizava sua adoção em larga escala ou em projetos de menor porte. Com a evolução do PC e da conseqüente redução de custos observada em função do aumento do volume de produção desses componentes, começam a ser lançados os primeiros softwares conhecidos como SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), ou Supervisórios. Obviamente esta evolução motivou o surgimento de diversas empresas desenvolvedoras de softwares SCADA, sendo que em 1992 mais de 120 diferentes fornecedores disputavam um mercado ainda emergente. Dentro desta mesma tendência, diferentes sistemas operacionais surgiram com propósitos e características distintas, e até o advento do Windows NT não houve uma convergência de desenvolvedores para uma plataforma única de sistemas operacionais. DOS, OS/2, Unix, QNX, Windows, VMS eram alguns dos sistemas operacionais encontrados, e a disputa entre supervisórios concorrentes também incluía a escolha do Sistema Operacional. As terminologias e os módulos apresentados em cada supervisório ainda eram distintos, o que dificultava sobremaneira a adoção de uma ferramenta única como padrão. Algumas empresas pioneiras marcaram época na década de 80, como a Heuristics e seu software Onspec – talvez o primeiro produto para a plataforma PC com projeção de mercado. A década de 80 teve também uma forte influência, no Brasil, da reserva de mercado e da SEI – Secretaria Especial de Informática, que limitava a importação de hardwares e softwares com o objetivo de estimular a geração de tecnologia nacional. Tal reserva, se por um lado trouxe um considerável atraso tecnológico às empresas brasileiras, gerou o surgimento dos primeiros sistemas de supervisão e controle de processos, fomentados principalmente por empresas como a Cia. Vale do Rio Doce – na época, estatal. Os produtos Pautom (da Paulo Abib Engenharia) e o Autovale (versão modificada para a CVRD), desenvolvidos em uma plataforma nacionalizada do sistema operacional QNX, foram possivelmente os embriões da produção nacional de softwares de supervisão. Diversas empresas internacionais lançaram, em meados dos anos 80, suas primeiras versões de softwares SCADA – além da Heuristics, empresas como Intellution (The Fix), PC Soft (Wizcon), Iconics (Genesis), US Data (Factory Link) e CI Technologies (Citect) tiveram destaque nesse período. Os mais diversos sistemas operacionais foram utilizados como plataforma, sendo que a US Data buscou desenvolver uma versão de seu software como multi-plataforma para DOS, VMS e OS/2; a PC Soft
tinha suas versões de Wizcon para OS/2 e DOS; a Intellution, para DOS e em um determinado momento chegou a lançar uma versão também em OS/2; e a Iconics, sempre em DOS. Outros softwares de “nicho” também apresentaram alguma participação de mercado, como o RealFlex (QNX) ou Paragon, mas com participação de mercado bastante reduzida. Como mencionado acima, a convergência de plataformas se deu após o “Fator Microsoft”. A Microsoft se tornou realmente uma força dominante em Sistemas Operacionais para Desktops, e lançou uma versão específica que impulsionou as aplicações industriais em seu ambiente: O Windows NT. Esse sistema operacional superou algumas limitações importantes existentes no Windows 3.1, mas já largamente utilizadas em outros sistemas operacionais como OS/2 (da IBM), QNX ou UNIX, como o ambiente multitarefa (essencial para o bom desempenho dos sistemas supervisórios). Com esse movimento, a IBM decidiu – alguns anos depois – interromper o desenvolvimento do OS/2, o UNIX teve seu espaço garantido no mundo de TI (mas não no chão-de-fábrica), o QNX se tornou um sistema operacional de “nicho”, e a Microsoft foi a vencedora desse mercado. Reconhecendo esta realidade, a grande maioria das empresas desenvolvedoras de softwares supervisórios migrou para a plataforma Windows e para padrões Microsoft. Ao mesmo tempo, os clientes foram requerendo funções similares nos produtos, resultando em uma convergência nos padrões e módulos. A consolidação da indústria de softwares supervisórios passa a ser inevitável, e dos 120 fornecedores mencionados anteriormente, passam a restar não mais que 15 empresas globais no mercado – em um período de apenas 10 anos. A Wonderware (In Touch), sendo a pioneira em supervisórios em plataforma Windows, se beneficiou desse momento e conseguiu um importante market share. Duas empresas nacionais desenvolvedoras de supervisórios também surgiram no final dos anos 80 e início dos anos 90, e merecem destaque – a Elipse e a Indusoft. Por outro lado, os principais fabricantes de hardware, como Siemens (Coros), Rockwell (Sis900) e GE, mantinham plataformas de supervisão com poucos recursos, não enxergando ainda o diferencial competitivo que uma plataforma robusta de SCADA poderia trazer à sua oferta aos clientes. Após o advento do “Bug do Milênio”, onde a grande maioria dos clientes finais aproveitou o momento não somente para remover os riscos que a passagem do milênio representava, mas também para atualizar o seu parque tecnológico, o
mercado consumidor de sistemas supervisórios passou por um momento de crescimento vegetativo, obrigando as empresas fornecedoras a buscarem outras formas de tecnologia que, ao mesmo tempo, apresentassem nova perspectiva de crescimento acelerado e utilizassem a infra-estrutura dos atuais sistemas supervisórios. Mais uma vez houve uma profusão de novos caminhos – alguns fornecedores utilizaram a Internet como alavanca de crescimento e novas tecnologias; outros seguiram o caminho do desenvolvimento de uma camada de gerenciamento de informações industriais; um outro grupo partiu para a migração dos sistemas supervisórios para plataformas portáteis (baseadas em Windows CE, primordialmente); e um quarto grupo optou pelo desenvolvimento de ferramentas de otimização de processos e controles avançados, também utilizando a infra-estrutura dos supervisórios. Esta diferenciação criou outras categorias de softwares que, embora relacionados diretamente aos sistemas supervisórios, traziam diferentes propostas de valor aos clientes. É uma clara tentativa de diferenciação, disputada até os dias de hoje. Estrategicamente, os fabricantes de hardware enxergaram nos últimos seis anos que o supervisório poderia se tornar não somente uma plataforma de diferenciação, mas também agregar mais valor à sua solução e permitir o chamado “One Stop Shopping” – ou seja, a mesma empresa fornece todos os componentes (ou a parte mais relevante) de um sistema de automação, afastando ameaças de concorrentes e mantendo uma posição primordial dentro dos clientes. Tais empresas ou investiram na formação de um grupo desenvolvedor de softwares que pudessem competir com as empresas independentes ou compraram tais empresas. Algumas das empresas de hardware que adquiriram companhias fornecedoras de supervisórios foram a GE, Rockwell, Foxboro, Emerson, Elutions e Schneider. A evolução das empresas de supervisórios pode ser sumarizada como o Quadro 1. Quadro 1 EVOLUÇÃO DAS FUNCIONALIDADES Como mencionado anteriormente, os supervisórios, como são vendidos hoje, pouco lembram as primeiras versões lançadas nos anos 80. Isso por que todos os aspectos tecnológicos evoluíram consideravelmente, em um curto espaço de tempo (quem tem
mais de 40 anos de idade há de se lembrar com bom humor dos disquetes de 8 polegadas, ou de um Apple II com 64 Kbytes de RAM). Genericamente, os supervisórios são estruturados ao redor de um núcleo (kernel) que coordena a aquisição de dados dos Controladores Programáveis, Instrumentos e Medidores através de elementos conhecidos como drivers de comunicação (processo este simplificado com o advento do OPC). O mesmo kernel se encarrega de distribuir esses dados aos módulos gráficos (como telas gráficas, gráficos de tendência, alarmes, entre outros) e registro histórico (banco de dados). É claro que cada software tem sua forma de gerenciar internamente o tráfego de informações entre os módulos, mas esta é uma arquitetura comumente encontrada nos produtos. Como conseqüência da mesma evolução tecnológica, os supervisórios ampliaram seus recursos como listado em alguns exemplos abaixo: - Desempenho / Capacidade: Os produtos que originalmente suportavam o endereçamento de poucas variáveis de controle (tags), agora suportam milhares de variáveis, sendo que alguns projetos documentados com arquitetura em rede chegam a mais de 400.000 tags; - Conectividade / Redundância: Os supervisórios passaram de estações de operação isoladas para suportar arquiteturas complexas em rede, adicionando segurança (redundância em alguns dos produtos existentes) e escalabilidade; - Facilidade de Uso: A interface ao usuário (GUI) trouxe todos os benefícios que o ambiente Windows disponibilizou, tanto referente à ferramentas de desenho quando a definição de bancos de dados. Mais que isso, a integração entre os supervisórios e os controladores programáveis deu um importante salto a partir do momento que as bases de dados de ambos ambientes podem ser integradas, facilitando sobremaneira o desenvolvimento e manutenção dos aplicativos; - Integração com outros ambientes – Antes uma ferramenta isolada, os supervisórios paulatinamente se transformaram em um ambiente aberto e de fácil conexão com outros sistemas, sejam eles de chão-de-fábrica, qualidade, manutenção ou transacionais (ERP); - Uso da WEB – O uso da WEB está também presente nos supervisórios, de várias formas – desde a simples utilização de estações WEB para monitoração de processos,
até o uso da internet para manutenção e monitoramento remotos de aplicações e processos. Nos últimos 4 ou 5 anos novas funcionalidades foram lançadas, principalmente para facilitar a configuração dos sistemas e a conectividade dos mesmos – mas não foram implementações “revolucionárias”, como o advento do Windows. Parte importante do investimento dos fornecedores de supervisórios se deu no desenvolvimento de ferramentas COMPLEMENTARES aos supervisórios, que se aproveitam de sua capacidade de comunicação e gerenciamento de dados para trazer aos clientes soluções de maior valor agregado. É curioso ver que os supervisórios estão se tornando plataformas robustas, para o desenvolvimento de uma nova camada de aplicativos – e, neste ponto, novamente os fabricantes divergem em suas estratégias, trazendo um leque excepcional de novas oportunidades. Embora a evolução pareça peculiar, ela mais uma vez repete o “ciclo de vida” de um mercado de tecnologia. Tal ciclo foi descrito por Dr. Paul Strebel, como apresentado no Gráfico 1. Ref: Focused Energy, por Dr. Paul Strebel, editado por IMD – Institute for Management Development. Gráfico 1 O mercado de supervisórios passou por todos os estágios descritos no Gráfico 1 – desde o início, quando surgiram os fornecedores iniciais (Pioneering), até o momento atual, onde se encontra em novo ponto de “divergência”, no qual alguns dos diferentes caminhos que estão sendo adotados são listados no próximo tópico. Pode ser visto no Gráfico 1 que o momento atual é o último listado, onde é indicado que surgem Novos Competidores, Novos Segmentos e Novas Tecnologias, possivelmente redefinindo como o mercado – e seus produtos – vai se apresentar nos próximos anos. Normalmente, é nos pontos de divergência (Divergent Breakpoint) que surgem as grandes inovações tecnológicas e, o que é mais interessante, tais inovações tendem a surgir em empresas que não são líderes de mercado ou mesmo que venham de outros segmentos. Em longo prazo, as grandes empresas acabam por lançar soluções similares, em geral adquirindo as empresas que foram as lançadoras das tecnologias divergentes. NOVAS ESTRATÉGIAS E DIREÇÕES
De forma distinta ao ambiente dos anos 80/90, os novos desenvolvimentos das empresas de sistemas de supervisão estão não só ligados à disponibilização de novas tecnologias e requisitos dos usuários, mas também às estratégias de suas empresas controladoras. Além disso, mais uma vez as conseqüências dos investimentos realizados em Tecnologia da Informação durante o “bug do milênio” também estão direcionando os atuais investimentos. Isso por que as grandes empresas investiram maciçamente na implementação de ERPs com o objetivo de solucionar todas as questões “transacionais” da corporação e tais investimentos absorveram boa parte de sua capacidade em adotar outras tecnologias de gestão. Com a consolidação dos ERPs em suas operações e a constatação de que os mesmos não resolvem vários problemas de gestão, e em particular os relacionados à Gestão de Manufatura, volta-se a ter interesse em ferramentas específicas para esse tipo de processo. Algumas vertentes de desenvolvimentos são listadas abaixo: a) Gerenciamento de Informações O foco do mercado de Gerenciamento de Informações é transformar a massa de dados existente no chão-de-fábrica em informações valiosas para a tomada de decisão, desde Gerentes e Diretores de operações (MES) até Supervisores e Engenheiros de Processo (PIMS) – embora esta seja uma fronteira tênue. a.1) PIMS - Plant Information Management System Com o sucesso obtido por empresas independentes no desenvolvimento de softwares historiadores (PIMS), alguns fornecedores de sistemas SCADA também buscaram brigar por esse mercado lançando seus produtos desenvolvidos internamente ou através de aquisições – surgindo uma nova leva de produtos. Entretanto, o mercado de PIMS está muito ligado a Processos Contínuos de manufatura, onde tradicionalmente outras empresas fornecem sistemas completos de controle (SDCDs) – e cada uma destas empresas também conta com seu próprio PIMS, gerando assim um leque grande de opções para os clientes finais. É um mercado ainda em grande expansão, mas já bastante maduro. a.2) MES – Manufacturing Execution Systems
Não é objetivo deste documento discutir a conceituação de MES, mas embora a mesma seja de alguma forma normatizada pela ISA, ainda há grandes discussões sobre a abrangência e o foco dos projetos de MES. De qualquer forma os primeiros projetos de MES foram baseados no desenvolvimento de soluções “sob medida” para cada processo, embora softwares prontos e configuráveis começassem a surgir no mercado – principalmente no ambiente de manufatura discreta. Hoje um cliente pode buscar diversas soluções de MES baseadas em ferramentas configuráveis, mas terá certa dificuldades em equalizar as soluções concorrentes, já que as mesmas diferem bastante em termos de funcionalidades, mercado alvo, estratégia e complexidade. Algumas empresas elegeram esse mercado como prioritário, e outras como complementar, sendo esta a razão de algumas das diferenças encontradas. É importante reiterar que há uma organização internacional chamada MESA (www.mesa.org), que em 1997 publicou o primeiro paper definindo as funcionalidades gerais e o escopo de uma solução de MES. Em função da necessidade de conectividade com o chão-de-fábrica, a ISA publicou a ISA-95, que também define as fronteiras e escopo de projetos/ferramentas de MES. b) Portabilidade Outras empresas optaram por focar seu negócio na portabilidade de seus supervisórios, focando o mercado de OEM (Original Equipment Manufacturer). O mercado de Interfaces Homem Máquina (IHM) consome uma larga quantidade de “supervisórios” mais simples, incorporados ao equipamento. A Indusoft, por exemplo, tem se destacado nesse mercado e fornecido para diversos fabricantes de IHM. Mas esta é apenas uma parte do mercado; diversos dispositivos e “appliances” são potenciais consumidoras desta versão de “supervisórios”, fazendo com que o potencial de fornecimento seja muito grande. Ao contrário do item (a) acima, o foco desse caminho estratégico não é trazer mais valor às informações do chão–defábrica, e sim dotar diversos dispositivos simples de muito mais capacidade e inteligência. c) Otimização / Reconciliação de dados
A otimização de processos (principalmente em processos contínuos ou semicontínuos), com o uso de modelos heurísticos ou de otimização pura, ainda é restrita a empresas especializadas embora os principais fornecedores de SDCDs já contem com ferramentas desse tipo. A Pavillion foi uma das pioneiras dessa classe de sistema, com bastante sucesso. Outras empresas de softwares estatísticos, como SAS, também transitam nesse mercado, mas sem um foco tão determinado. Ainda não há um movimento importante dos fornecedores de supervisórios nesse mercado, apenas iniciativas marginais – mais uma vez, em função do foco estratégico destas empresas. Mas pelas características dos supervisórios, tecnicamente é relativamente simples adicionar uma camada de otimização sobre as ferramentas atuais – o que leva a crer que em algum momento próximo poderemos observar o surgimento de algumas ferramentas desse tipo. d) Business Inteligence, Data Mining Talvez por ser o mercado de automação um ambiente muito conservador (até em função das necessidades de segurança operacional que cercam um projeto), as iniciativas de BI e Data Mining ainda são tímidas – embora, na opinião deste autor, representem uma grande oportunidade de negócios e valor para os clientes. Uma planta industrial é um ambiente bastante complexo, onde as relações de causa e efeito entre as variáveis são conhecidas – mas não completamente mapeadas. A análise de correlações entre variáveis de processo, problemas de paradas e qualidade, programação de produção e eficiência, ainda é tratada de forma segmentada com processos de gestão distintos. O uso dos softwares de PIMS representa um importante passo no desenvolvimento de ferramentas estatísticas que, da mesma forma que os sistemas de BI, encontrem correlação entre problemas da planta e indiquem ações de melhoria de eficiência. Em uma planta de uso intensivo de capital, 1% de aumento de eficiência representa centenas de milhares de reais em ganhos. e) Integração de plataformas de hardware e software Um dos maiores custos de um projeto de automação é formado pelos serviços necessários para implementá-los. È natural que algumas empresas – principalmente aquelas fornecedoras de Hardwares (como CLPs) e Supervisórios – invistam na
criação de uma plataforma integrada de configuração, supervisão e gestão. Assim surgiram vários produtos integrados, que compartilham a base de dados entre os controladores programáveis e os supervisórios, bem como o ambiente de configuração e supervisão, fazendo com que o custo do desenvolvimento de projetos (e sua conseqüente manutenção) seja reduzido. f) “Best of Breed” A contra-partida do item (e) acima é que uma nova geração de produtos especializados em nichos (de mercado ou soluções) vai surgir. São os produtos chamados “Best of Breed” ou “Best in Class”, que se por um lado não fazem parte de uma solução integrada, por outro oferecem benefícios similares se aproveitando dos avanços das tecnologias de conectividade hoje em curso e trazendo características peculiares a certos processos, que os faz apresentar desempenho ou qualidade superiores nos nichos em que se propõem a atuar. Isso envolve não somente os supervisórios, mas também outros produtos construídos ao redor do mesmo, e listados neste artigo. CONCLUSÃO Claramente o grande beneficiado por toda esta evolução tecnológica e estratégica é o cliente. O leque de opções é grande, a facilidade no desenvolvimento de projetos aumentou, o custo diminuiu, e a nova geração de desenvolvimentos vai trazer ainda mais valor às soluções. O usuário deve sempre ficar atento ao fato de que 50% do sucesso de um projeto devem-se às ferramentas que ele escolheu, e os outros 50% da qualidade de serviços de implementação que ele contratou. Há muito tempo que isso é de conhecimento geral, mas a partir do momento em que se implementa soluções que trazem maior valor ao negócio do cliente e elementos que facilitem sua tomada de decisão, a análise do “negócio” e o impacto financeiro destas implementações se reveste de uma importância ainda pouco considerada. Uma nova leva de profissionais especializados em traduzir as necessidades estratégicas do cliente em projetos de automação e informação começa a surgir, agregando conhecimentos como eletrônica, software, automação e gestão de negócios. A despeito de todos os problemas que o Brasil vive, existe algo para nos orgulhar além da qualidade de nosso futebol: o profissional brasileiro é muito mais aberto a
novas tecnologias que profissionais de outras nacionalidades, o que nos permite dizer que podemos – por que não? – liderar a nova onde de aumento de eficiência em manufatura. NOTAS DO AUTOR 1. O artigo não teve a preocupação em manter um registro histórico apurado dos eventos citados. 2. O fato de alguns produtos importantes do mercado não terem sido citados não desmerece de forma alguma sua qualidade e importância, e não é objetivo do artigo promover qualquer produto. 3. Agradecimentos especiais ao Engenheiro André Marino (SoftBrasil), que contribuiu na análise do texto e sugeriu tópicos importantes; ao Engenheiro. Luiz Egreja (Rockwell), que auxiliou no registro de fatos da evolução histórica; e ao Engenheiro Constantino Seixas (Atan), que trouxe os elementos do desenvolvimento das soluções pioneiras de automação no Brasil.
