O que é PIMS?
Não importa sobre qual processo industrial estamos falando, os dados sempre terão um papel importante. Toda decisão tomada é baseada em informações (ou pelo menos deveriam ser). As informações podem ser atuais, do passado ou até mesmo projeções futuras. Para tal é imprescindível que os dados possuam qualidade e confiabilidade.
Dentro desse contexto, gostaria de apresentar um breve overview sobre um conjunto de aplicações que comumente são denominadas na literatura como sistemas PIMS. Sendo assim, iremos abordar o que consiste tais aplicações e discutir…
…a importância da coleta dos dados na Indústria e o papel do PIMS nesse contexto.
Lembrando que em diversos momentos, de maneira relutante, tive que deixar de lado alguns detalhes para tratar o assunto de uma forma geral e não estender essa primeira publicação.
Mas afinal, o que é o PIMS? Sem mais delongas, vamos ao que interessa!
PIMS — Plant Information Management System
O PIMS é uma sigla para Plant Information Management System ou em português: Sistema de Gerenciamento de informações de Planta. Ele consiste em um conjunto de softwares/aplicações que coletam dados, realizam o armazenamento otimizado e disponibilizam de diferentes maneiras as informações extraídas dos dados. Ele é classificado como um EPS (Enterprise Production Systems) junto com os sistemas MES (Manufacturing Execution Systems). Os EPS, a grosso modo, são sistemas responsáveis por realizar a interface entre os níveis estratégicos e operacionais de uma empresa.
Em essência as aplicações PIMS e MES são diferentes. Enquanto o PIMS nasceu voltado para uma indústria de processos contínuos o MES, por sua vez, foi desenvolvido para a indústria de manufatura e tende a ser um bom rastreador de processos em batelada. A medida que os dois grupos de aplicações foram evoluindo, diversas funções foram desenvolvidas e o escopo inicial de funções, deu lugar a conjuntos de funções mais generalistas. Vamos chamar ao longo do texto tais funcionalidades pelo termo de features.
Hoje facilmente encontramos PIMS em ambiente de produção por batelada e MES em ambientes de indústrias de processos contínuos. Há inclusive quem defenda que não se deve haver mais uma separação entre PIMS e MES, porém não é o objeto de discussão desse artigo tal afirmação (eu também não concordo…até o momento). A comparação entre esses dois modelos de EPS’s daria um artigo por si só. Deixaremos para uma outra oportunidade esse assunto.
Voltando ao fato do PIMS ser considerado um EPS! Para uma melhor contextualização, convém mostrar nesse artigo, uma imagem que representa a famosa “Pirâmide da Automação”. Quem já conhece sistemas PIMS sabe que essa representação é um clássico quando se inicia no aprendizado do PIMS. Sendo assim, não poderia deixar de apresentar a minha versão.
O PIMS e a “Pirâmide da Automação”
Geralmente as variações da Pirâmide da Automação convergem para 4 principais níveis. A seguir vamos falar um pouco sobre essas camadas e citar alguns exemplos contidos nas mesmas. Lembrando que apesar das camadas possuírem um limite consideravelmente bem definido, as aplicações geralmente acumulam diferentes features e podem se encaixar em mais de uma camada. Sendo assim destacamos os EPS’s em mais de uma camada para não cometermos o erro de limita-los. Outras aplicações também poderiam ser alocadas em mais de um nível, como os sensores considerados Smarts, porém não vamos fugir do assunto principal desse artigo.
Sensoriamento e Atuadores
A base da pirâmide é composta por conjuntos de sensores e atuadores. São todos os instrumentos e equipamentos que estão diretamente transformando a matéria prima em produto.
Controle e Supervisão
Logo acima temos os sistemas de controle e supervisão. Nessa camada encontram-se os sistemas de Supervisório, IHM (Interface Homem Maquina), SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), PLC (Programmable Logic Controller) e afins.
EPS — Enterprise Production Systems
Em seguida temos os EPS onde encontram-se o PIMS e MES. Como dito anteriormente, cumprindo o seu papel na interface entre os níveis estratégicos e operacionais da empresa.
ERP — Enterprise Resource Planning
Por fim, temos os ERP’s (Enterprise Resource Planning) que são sistemas direcionados ao nível gerencial e estratégico da empresa. Alguns exemplos de ERP’s são: SAP, Oracle, TOTVS, Microsoft Dynamics e outros que você pode conferir clicando aqui e aqui.
Hoje o PIMS não se restringe apenas a um sistema puramente do tipo EPS, devido aos seus diversos conjuntos de features (nativas ou integradas com outros sistemas) . Uma arquitetura PIMS pode eventualmente possuir features voltadas ao controle e supervisão, por exemplo. A medida que os dados vão sendo consolidados, diferentes features em forma de relatórios, dashboards e aplicações web podem ser desenvolvidas e passam a desempenhar um papel importante no auxilio a tomada de decisões, tanto a nível operacional quanto a nível estratégico.
Agora que já contextualizamos o PIMS em relação aos diferentes níveis que as informações percorrem na Indústria, vamos entender melhor o fluxo desses dados na própria arquitetura PIMS?
Fluxo de Dados em uma Arquitetura PIMS
Antes de mais nada entendam como arquitetura PIMS o seguinte:
Arquitetura de um Sistema PIMS consiste em um conjunto de ativos que atuam desde a coleta até a entrega de relatórios consolidados onde o core da solução é um aplicativo PIMS. Sendo assim, a arquitetura do Sistema PIMS incorpora outros aplicativos clientes ou fornecedores de dados.
Essa definição pode divergir um pouco de fabricante para fabricante (vamos falar sobre eles mais adiante). Apresento aqui uma definição que possibilita o leitor o entendimento dos próximos topicos a respeito do fluxo de dados. Outro ponto que colabora para essa definição é que as empresas que realizam projetos de PIMS tendem a ter como escopo desde a coleta de dados como a integração de um servidor OPC com um conjunto de PLC’s até a entrega de relatórios/dashboards mais elaborados como a publicação de relatórios web’s. A parte de instrumentação geralmente fica a cargo de outras equipes mas a parte de transformação dos dados em informação vem sendo absorvida cada dia mais por empresas do ramo de PIMS.
Coleta de Dados
Imagine que você se encontra no meio de um um grande galpão. Nesse galpão existem algumas dezenas de pessoas e elas estão conversando entre si e o mais importante, elas estão te dizendo alguns recados que você deve tomar nota da maneira mais fiel possível. Um detalhe que esqueci de mencionar, cada pessoa fala um idioma diferente. Parece uma tarefa complicada não é mesmo? Mas é exatamente essa a tarefa dos sistemas que se encontram nessa primeira parte do fluxo de dados.
Na analogia anterior, troque as pessoas por ativos de seu processo e os recados pelas informações das variáveis presentes em cada etapa do mesmo. As informações podem ser provenientes de uma infinidade de sensores, supervisórios de diversos fabricantes, inputs manuais, botoeiras, planilha do Excel, Email, SMS …enfim, tudo que se pode digitalizar e armazenar (quem sabe até sinal de fumaça está sendo armazenado no PIMS!? Se fumaça for um indicador importante em seu processo armazene no PIMS e configure alarmes rsrs).
O idioma nesse caso é uma representação dos diferentes protocolos de comunicação que existem em um ambiente industrial. Inclusive, importante destacar que existe hoje um grande esforço para se padronizar esse idioma/protocolo. Apesar dos sistemas PIMS possuírem uma infinidade de conectores paras diferentes tipos de protocolos de comunicação, pode-se dizer que massivamente os dados chegam até o PIMS via padrão OPC (OLE for Process Control — OLE Object Linking and Embedding) que você pode entender mais sobre clicando aqui.
Armazenamento
Após realizar a coleta dos dados o sistema PIMS tende a transforma-lo em um formato adequado para armazenamento de acordo com as determinações de cada fabricante. A chegada de novos dados (ou em algum caso a ausência dele) são chamados geralmente de eventos ou registros. Ao se falar do armazenamento dos dados, é interessante dizer que de acordo com uma serie de parâmetros configurados previamente, toda informação nova que chega passa por um pré-processamento para filtragem de ruído ou compressão de dados. Se entrássemos em mais detalhes veríamos que esse tratamento pode ocorrer em diferentes partes do processo. Existem algoritmos consolidados para compressão de dados e os diversos fornecedores de PIMS tendem a possuir uma grande similaridade nesse aspecto. O que diferencia são os parâmetros e a maneira que eles são ajustados para a configuração da filtragem e compressão.
Após o pré-processamento, os dados são armazenados em uma database. Entenda como database todo o conjunto de dados armazenados. Em alguns casos ela pode ser dividida por área ou planta mas sempre separadas em pequenos grupos, como uma espécie de container . Nesse artigo vamos considerar como sendo todo o conjunto de dados.
Importante destacar também que o PIMS é baseado em um conjunto de dados relacionais. A principal diferença entre um banco relacional e o não relacional são as linguagens e a maneira que os dados são armazenados. Sem a pretensão de entrar em maiores detalhes, podemos dizer que o PIMS utiliza bem a relação entre os dados e inclusive, tal relação pode propiciar um conjunto de metadados importantes.
A maneira que essa database é estruturada varia muito a depender do fabricante. O que geralmente é comum é que existem rotinas de backup configuráveis e que todos eles incentivam arquiteturas redundantes para alta disponibilidade dos dados e das aplicações. Por questões de performance e segurança, as informações geralmente são segregadas em pequenos containers. Esses containers podem ser segregados por tamanho ou por data. Em outras palavras, quando um grupo de dados atinge determinado tamanho na memoria e/ou o período de duração já pré-determinado, o sistema PIMS cria outro grupo e passa escrever no mesmo. Em termos gerais, são criadas novas pastas para receber os novos dados sempre que uma dessas condições é alcançada. Dessa forma as consultas aos dados é otimizada, o backup se torna consideravelmente mais simples dentre outros benefícios.
Outro ponto que costuma variar bastante é sobre qual informação armazenar dado um evento ou registro. Vide regra toda ocorrência armazena duas informações principais. O timestamp e o value. O primeiro indica o momento que ocorreu a coleta desse dado e o segundo o valor que foi coletado. Mas se engana quem pensa que apenas essas informações ficam disponíveis. Existe uma infinidade de informações como unidade de engenharia, área da planta, descrições, valor máximo/mínimo para determinado período, enfim, são muitas informações! Para exemplificar melhor , seria necessário deixar essa abordagem generalista e mostrar na prática tomando como exemplo algum sistema. Em outros artigos podemos abordar um sistema específico e mostrar como esses conceitos são trabalhados no sistema. Nesse momento, vamos prosseguir com nossa abordagem generalista.
Processamento
De posse dos dados é hora de transforma-los em informação! Mais uma vez o céu é o limite. Os fabricantes de aplicativos PIMS fornecem diversas ferramentas nativas para manipulação de dados. A manipulação pode ocorrer via código, campos customizáveis, diagrama de blocos e vários outros recursos com um bom apelo visual.
aqui vou dividir em 3 grupos que em minha opinião englobam as possíveis transformações de dados em informações
Eventos: Atualmente é relativamente fácil transformar qualquer informação em um sistema PIMS em um gatilho para gerar um evento. Existem vários processos industriais que dependem de regras baseadas nos níveis assumidos por uma variável e/ou sua duração e/ou sua frequência. Tudo isso pode ser configurado para gerar um evento e esse recurso é muito utilizado.
Análises Estatísticas : Falou em dados, falou em ESTATÍSTICA! Isso mesmo meu amigo, aquela disciplina que todo mundo de exatas costuma estudar mas nem sempre dá o devido valor. As aplicações PIMS apresentam cada vez mais funções e maneiras de gerar análises estatísticas de seus dados.
Transformações Matemáticas : As vezes não é de uma análise estatística que você precisa. Outro recurso amplamente utilizado são as transformações matemáticas que são passiveis de serem implementadas em ferramentas nativas as aplicações PIMS. Um dos exemplos mais clássicos é a totalização. Não importa se ela ocorrerá de forma diária, mensal, anual ou outro. Toda indústria precisa contabilizar sua produção com totalizadores e armazenar esses valores para cruzar com os valores dos gastos também totalizados e armazenados. Somente assim para alcançar um entendimento da eficiência de sua planta industrial. As possibilidades não se limitam a totalizadores. Basicamente qualquer regra de negócio pode ser traduzida em formulas e condicionais para ser inserida no PIMS.
Distribuição
Dados coletados, armazenados e processados. Finalmente é hora de consumi-los! Mais uma vez possuímos uma infinidade de opções. A começar pelas nativas. Os principais fabricantes possuem aplicativos que possibilitam a interação com esses dados de forma customizada e amigável. Se for necessário, existem módulos que realizam interface com diversas ferramentas de BI, ERP’s e outros bancos de dados.
Além das maneiras de se disponibilizar as informações citadas anteriormente, uma tendência no setor industrial são as famosas aplicações web. Para o usuário final os requisitos são um navegador e credenciais com permissões de acesso. Do outro lado, a equipe que desenvolve ou administra a ferramenta consegue desenvolver aplicações web sem se preocupar com configurações individuais em maquinas ou outros problemas que soluções descentralizadas proporcionam. Essa tendência de aplicações web no setor industrial, também contribui consideravelmente para democratização dos dados assim como o PIMS (discutiremos sobre a contribuição do PIMS na seção “Motivos para Utilizar o PIMS”).
Principais Fabricantes
Agora que já sabemos um pouco sobre o que seriam as aplicações PIMS, vamos falar sobre os principais fabricantes. Nesse momento queria destacar duas coisas.
Primeiro que se você é representante de algum fabricante desses softwares e por algum motivo a sua empresa não considera a aplicação mais como aplicação do tipo PIMS, por favor não me entenda mal. Discutimos anteriormente que não existe limites muito bem definidos para o que é PIMS e o que deixa de ser PIMS. Nós sabemos que a sua aplicação faz muito mais do que o escopo tradicional do PIMS mas na falta de um nome melhor, que não confunda quem está entrando nesse campo de conhecimento, vou continuar chamando de PIMS. Tomem isso como um elogio porque eu gosto de PIMS!
Em segundo que não basta conhecer a filosofia de funcionamento do que é PIMS para se tornar um especialista. Cada fabricante possui suas peculiaridades que diga-se de passagem, isso muda muita coisa! Por esse motivo, você precisa se aprofundar na aplicação de um determinado fabricante em específico para se tornar especialista em PIMS no software daquele fabricante. Eu por exemplo, me especializei em PI System da OSI Soft e InfoPlus.21 da AspenTech.
Principais Players no Mercado de PIMS
Existem diversos fornecedores de aplicações PIMS no mercado. Cada um possui suas vantagens e desvantagens e nem todos da lista abaixo são comparáveis entre se. O principal motivo é a discrepância entre valores e funcionalidades. O que é percebido é que no início do crescimento desse mercado existia um abismo muito grande entre aplicações de alto custo e com diversos recursos em um perfil generalista e aplicações de baixo custos com recursos limitados e dedicadas a mercados específicos. Hoje o mercado tende a ser dominado pelos 2 primeiros da lista mas soluções emergentes estão aparecendo. Essas novas soluções estão causando um efeito de achatamento e estão aproximando os fabricantes. O que quero dizer com isso é que fabricantes cujo o produto era considerado caríssimo e inacessível para industrias de médio e pequeno porte estão se modularizando e versões mais simples de seus produtos estão surgindo no mercado. Do outro lado, fabricantes de produtos relativamente de baixo custo estão melhorando a versão de seus produtos e tornando cada vez mais generalista.
Procurei alguns estudos sobre como encontra-se dividido esse mercado porem todos que encontrei estão desatualizados (mais recente de 1998) ou não estão acessíveis de maneira gratuita (fornecedores de pesquisas de market share tendem a cobrar muitos dólares rsrs). Eu poderia montar um gráfico com o valor de mercado para cada empresa mas o que acontece é que a maioria delas não possui o PIMS como seu produto principal então a pesquisa não representaria o cenário que queremos abordar. O que é importante o leitor entender é que para o mercado brasileiro temos um mercado onde os 3 primeiros da lista estão em destaque. Isso ocorre devido a matriz industrial do Brasil e ao valor agregado a essas soluções desses fabricantes.
- OSI Software → PI System.
- AspenTech → Infoplus.21.
- Rockwell → FactoryTalk Historian
- ABB → Enterprise Historian
- Canary → Canary System
- Honeywell → Uniformance/PHD
- Yokogawa → Exaquantum
- Wondeware → Wondeware Historian
Motivos para Utilizar PIMS
Agora que já sabemos o que é pims, porque as industrias o utilizam? Poderíamos encher de tópicos contendo as features dos sistemas PIMS mas acho que as principais já foram citadas. Poderíamos destacar alguns cases de sucesso também ou justificar com frases famosas como:
“data is the new oil”
ou
“Se você não pensa que informação é importante, talvez seus competidores pensem de forma diferente e possam obter uma vantagem competitiva mudando as regras do jogo” (Aspen Word 2020)
mas além de todas essas frases enigmáticas e features, aqui vai a minha opinião sobre o porque realmente utiliza-se o PIMS:
É um sistema robusto do ponto de vista de disponibilidade de dados e disponibilidade aplicação. Possibilita historiar quantidades enormes de dados e apresenta-las em tempo real com uma excelente performance. Outro ponto é que consegue coletar dados de praticamente qualquer fonte e também disponibiliza-la de qualquer forma. Acredite, esse poder de generalização faz toda diferença. Com segurança, confiabilidade e disponibilidade dos dados o sistema PIMS é na minha opinião o maior democratizador de informação dentro de uma indústria.
“O PIMS como o maior democratizador de informação dentro da Indústria.”
Alguém em algum momento já fez uma afirmação parecida com essa. Hoje, com toda experiência que tenho, compartilho desse mesmo sentimento. Não tem como falarmos sobre Indústria 4.0 sem um ecossistema criado por uma aplicação PIMS.
Conclusão
As aplicações PIMS possuem capacidade de armazenar grandes volumes de dados de diferentes fontes e disponibiliza-los de diversas maneiras. O mesmo tende a realizar uma interface entre os níveis estratégicos e operacionais da empresa. Para se tornar um especialista em PIMS é necessário se especializar nas diferentes plataformas uma vez que as aplicações tendem a ser consideravelmente diferentes e possibilitam um nível de customização elevado.
Gostou do texto? Possui alguma dúvida sobre os termos usados ou gostaria de saber um pouco mais? Alguma sugestão? Deixe nos comentários ou entre em contato [diegoadmata@gmail.com]