GRACO/GRIMA Estudo Dirigido: TeleManufatura Aplicada a Operações de Usinagem Alberto

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Estudo Dirigido: TeleManufatura Aplicada a Estudo Dirigido: TeleManufatura Aplicada a Operações de UsinagemOperações de Usinagem

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Alberto J. Álvares

GRACO - Grupo de Automação e Controle -UnBGRIMA – Grupo de Manufatura Integrada - UFSC

[email protected] 19/06/2002

1. Introdução

2. Manufatura Remota e Manufatura Virtual

3. Internet e a World Wide Web

4. Manufatura Remota: Teleoperação

5. Metodologias e Sistemas CAD/CAPP/CAM Baseados na Web

6. Sistema de Telemanufatura: WebOxicorte

7. Ferramentas Computacionais Para CAPP

8. Implantação de Infra-Estrutura no Grima

9. Conclusão

Sumário

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É definida como uma atividade onde uma empresa (cliente) utiliza serviços oferecidos por Centros Especializados (servidores) disponibilizados via rede de comunicação (Internet) para executar, em tempo real, operações e processos necessários para o projeto e a produção de bens.

Manufatura Remota - TeleManufatura

Capítulo 2http://AlvaresTech.com

É um ambiente de manufatura sintético, integrado, que utiliza todos os níveis de decisão e controle no projeto de produto e processo, planejamento de processo, planejamento de produção e controle de chão de fábrica (ambiente simulado de desenvolvimento de produto, o qual possibilita que o mesmo possa ser "fabricado virtualmente" antes de ser "fabricado de fato”).

Manufatura Virtual


É definida como uma técnica avançada de interface, onde o usuário pode realizar imersão, navegação e interação em um ambiente sintético tridimensional gerado por computador, utilizando canais multi-sensoriais.

Realidade Virtual (VR)



Teleoperação - TeleRobótica


Telepresença

• O termo telepresença refere-se ao uso de tecnologia para estabelecer o sentido de presença compartilhada ou de espaço compartilhado entre membros de um grupo, geograficamente separados. Isto envolve o conceito de presença em dois espaços: o da pessoa e o da tarefa.


Laboratórios Virtuais e Remotos• Os laboratórios virtuais são simulações de dispositivos

físicos por meio de software. Estes podem ser considerados demos interativos sofisticados .

• Os laboratórios remotos permitem que experimentos reais do laboratório sejam controlados remotamente através de uma conexão Internet via Web, por exemplo.


Modelo Cliente-Servidor• É um modelo de sistemas distribuídos que mostra como os

dados e processamentos são distribuídos entre um conjunto de processadores: – um conjunto de servidores independentes que oferecem serviços para

outros sub-sistemas; – um conjunto de clientes que requisitam serviços oferecidos pelos

servidores; – uma rede de computadores que permite que os clientes acessem esses

serviços


Modelo ISO-OSI


Canal de Comunicação - Sockets

• serviço canal protocolo espera usuário localização argumentos • telnet stream tcp nowait root /usr/etc/in.telnetd in.telnetd• /etc/services => telnet 23/tcp


World Wide Web - WWW. O serviço WWW surgiu em 1989 como um integrador de

informações.

. O protocolo mais usado para a transferência de informações no WWW é o HTTP.


Manufatura Remota: Teleoperação• A Teleoperação é definida como o controle contínuo e direto de

um teleoperador/teleoperator.• Teleoperador é um manipulador que requer comandos ou

supervisão de um operador humano remoto.• Telepresença refere-se à intensa utilização de realimentação

sensorial para a teleoperação, fornecendo realismo para o operador em uma abordagem idealizada de "presença a distância".

• Classificação:– controle manual sem auxílio computacional; – controle manual com significativo auxílio ou transformação

computacional; – controle supervisório com predomínio do controle realizado pelo operador

humano; – controle supervisório com predomínio do controle realizado pelo

computador; – controle completamente automático, onde os operadores humanos

observam o processo sem intervenções.


Modelos de Teleoperação• Modelo Mestre-Escravo: Neste caso, o operador humano observa o ambiente

de trabalho remoto através de um sistema de vídeo e manipula o braço robótico mestre por meio de um ``console'', que controla o braço escravo no local remoto.

• Modelo de Telepresença: A meta final desses sistemas é fazer o operador sentir-se presente no local de trabalho remoto, obtendo-se assim melhores condições de realização de tarefas..

• Modelo Professor-Aluno: Dado que o aprendizado de sistemas computacionais é uma das áreas mais difíceis na inteligência artificial, o modelo professor-aluno define como função de professor ao operador humano, e assume que o ``aluno'' robô possui inteligência suficiente para reconhecer e atuar em uma situação já aprendida.

• Modelo Supervisor-Companheiro: Um robô baseado em sensores não deve simplesmente repetir os movimentos do operador humano, como no modelo mestre-escravo. Neste caso, o operador humano serve como um supervisor, ao invés de projetar-se no ambiente remoto.

– Com relação ao Ambiente:• Ambiente Remoto Totalmente Modelado• Ambiente Remoto Parcialmente Modelado• Ambiente Remoto Desconhecido


Teleoperação Via Internet• Acesso Remoto via "Telnet" :Uma forma de se obter o acesso a um

sistema teleoperado via Internet é a conexão direta do usuário via interface telnet ou ssh (textual), amplamente disponível em ambientes de rede.

• Programação CGI, Common Gateway Interface, com simples páginas html: A programação CGI com base em páginas HTML é a abordagem mais utilizada no momento para o controle de sistemas através da Internet, baseada na interface WWW . Uma alternativa é a utilização da abordagem JavaServlets onde é necessário a instalação de um servidor JavaServlets .

• Cliente Java utilizando servidores genéricos HTTP e servidores específicos via Sockets. O sistema de teleoperação do lado do servidor pode ser baseado integralmente em uma solução através do servidor WWW (servidor httpd) permitindo ao cliente ações de comando via CGI ou mesmo de Servlets. Esta é a abordagem implementada no sistema de Teleoperação do Robô Móvel Nomad e da máquina de oxi-corte CNC desenvolvidos no Graco.

TeleRobóticaTeleRobóticaTeleRobóticaTeleRobótica• A TeleRobótica utilizando a Internet (WWW) como link de

comunicação:– Mover objetos a distância;– Otimizar o uso de transportes, materiais e pessoas;– Atuar em ambientes perigosos;– Minimizar os custos (baixos custos de acesso à Internet ).

• Exemplos de Aplicações na Internet - TeleRobotics:– Telerobot (1994) (U. Western Australia -

http://telerobot.mech.uwa.edu.au);

– Bradford Robotic Telescope Observatory (1996);– WebRobot (1998) & RobWebCam (1997)

(http://www.graco.unb.br);– Aplicações: Robôs Industriais, Manipuladores, Pan-Tilt,

Máquinas de Comando Numérico e outros equipamentos industriais similares.


Internet - TCP/IPInternet - TCP/IP• Internet e Linguagens de programação

– TCP/IP;

– HTML;

– CGI;

– JAVA.

• Teleoperação


TeleoperaTeleoperação: http://telerobot.mech.uwa.edu.auhttp://telerobot.mech.uwa.edu.auTeleoperaTeleoperação: http://telerobot.mech.uwa.edu.auhttp://telerobot.mech.uwa.edu.au


TeleRobótica: http://webrobot.graco.unb.brTeleRobótica: http://webrobot.graco.unb.br


Metodologia: TeleRobótica utilizando a

Internet como link de comunicação Metodologia: TeleRobótica utilizando a

Internet como link de comunicação • Arquitetura Cliente/Servidor;

• Utilizando o Protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol);

• Servidor WWW convencional (CERN, NCSA ou APACHE);

• Interface multimídia;

• Cliente WWW (browser) como o Netscape, Arena ou Internet Explorer.


Arquitetura Para Teleoperação Robô

EquipamentoTeleoperado

ServidorWWW

BrowserWWW

Netscape

Retorna Statuse/ou Imagem

Retorna Statuse/ou Imagem

Ação deControle

SolicitaServiços


Ambiente WWW

ClienteWWW

ServidorWWW

O CLIENTE solicita umaURL ao SERVIDOR

O CLIENTEformata eapresenta ainformaçãorecebida

CGI OutrosProgramas

A URLsolicitada é umCGI e oSERVIDORexecuta o CGI

O CGI trabalhachamando outrosprogramas


Servidor HTTP e CGI

HTTP Server

Sistema deArquivos

HTTPSolicita

HTTPResposta

HTTPSolicita

HTTPResposta

Servidor HTTP

CGIServidor de Controle


Servidor WWW: Servidor WebCam e Servidor de Teleserviços Industriais (WebRobot)

• WebRobot: Disponibilização de funções de controle remoto do objeto teleoperado:– Servidor WebRobot: funções de controle remoto do

objeto teleoperado.

• WebCam: Visualização do objeto teleoperado, através de vídeo e/ou imagem:– Servidor WebCam: visualização do objeto

teleoperado.


Servidor HTTP: Módulos WebCam e WebRobot EQUIPAMENTOS – Robô e Câmera

Controle Dados, Status, Vídeo

SolicitaServiço

Programas CGITeleoperação

VídeoStatus

CGI – ProgramasServidor

WebRobot

CGI – ProgramasServidorWebCam

ServiçosTeleoperação

Realimentação:Vídeo e Texto

BrowserWWW


Mecanismo de Acesso às Funções do Objeto Teleoperado

• Baseado em programas CGI e HTML;• Para cada função disponibilizada pelo protocolo de

comunicação do Robô existe um programa CGI;• O CGI é acessado no servidor WebRobot pelo cliente

utilizando um browser WWW;• Mesmo equipamento para disponibilizar os dois

serviços: WebCam e WebRobot;• Utilizar dois ou mais servidores para realizar as

funções de WebCam e WebRobot.


Servidor WWW Distribuído

Internet

Servidor WWW PC Servidor PC Servidor

Vídeo / Status

Controle

RS-232Paralela

Proprietária

Robô Câmera

Browser WWWCliente


RESTRIÇÕES DO PROTOCOLO INTERNET - TCP/IP

• A Internet apresenta uma largura de banda heterogênea;• Taxas de transmissão não determinísticas; • Aplicações em tempo real para captura de vídeo

apresentam sérias restrições; • Compressão de dados e conexão de grande velocidade à

Internet;• Taxas típicas de transmissão de vídeo com compressão

necessitam de 20 Kbps (RealVideo), e sem compressão, de 100 Kbps (seqüência de imagens JPEG) com 5 quadros/s.


RESTRIÇÕES DO PROTOCOLO INTERNET - TCP/IP

• O delay (atraso) é inerente ao protocolo TCP;

• Os pacotes enviados não necessariamente estão na mesma ordem dos pacotes recebidos pelo cliente;

• Resolução desta restrição: adicionar algum grau de autonomia para a aplicação;

• É obtido localmente no Servidor WebRobot, que deve monitorar estas condições limites (emergências e perigo eminente).


INTERFACE COM O USUÁRIO - GUI

• Baseada nas linguagens de programação HTML, JAVAScript e JAVA;

• O applet escrito em JAVA pode ser executado em qualquer plataforma com um browser WWW;

• Interface amigável com o sistema de teleoperação;• Aceitando comandos e dispara os programas CGI necessários

para executar as funções disponibilizadas;• Apresenta as informações necessárias para o usuário que são

recebidas pelo servidor;• A realimentação visual é feita através do Servidor WebCam;• GUI que recebe as imagens em formato comprimido (MPEG

ou RealVideo) ou em uma seqüência de imagens JPEG.


Cliente-Servidor via WWW CGI-BIN: RobWebCam, WebRobot e RoboMóvel MRL1.0

Servidores específicos: Nomad XR4000, WebOxiCorte

Cliente-Servidor Proprietária Nomad Ngui

Interfaces: html, Java.


Sistema RobWebCam: Interface com o

Usuário


Sistema RobWebCamSistema RobWebCamCapítulo 4

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Sistema RobWebCamCapítulo 4


Sistema RobWebLink: Interface com o Usuário Capítulo 4


Sistema RobWebLink (http://webrobot.graco.unb.br)

Camera de vídeo


Arquitetura, Fluxo de Dados e Funções Disponibilizadas Pelo RobWebLink

Controlador do Robô:- funções de leitura- funções de escrita- funções de programa- mensagens de erro

Servidor RobWebLink:- Programas CGI;- Porta serial ligada

ao controlador- Protocolo ADLP-10

Câmera de Vídeo

Cliente:NetscapeExplorer

Escrita:TCPFrameOutputRegisterLocationSensorConfigurationArc WeldManoeuvring

Leitura:TCPFrameInputOutputRegisterLocationSensorResolversConfigurationArc WeldVersionStatus

Programa:StartStopListEraseDownloadUpload

INTERNET

TCP/IP

SERIAL

TCP/IP


Robomóvel MRL1.0: Arquitetura desenvolvida

Modelo cliente (HTML/Java) - servidor (CGI-BIN/C);


Implementação física - Robô MRL 1.00


http://robomovel.graco.unb.br

GUI de teleoperação via WWW


Arquitetura Nomad:

Modelo Cliente-Servidor

Programação C + Java

Servidores específicos:

Movimentos

Imagens


GUI NOMAD


Proprietária Nomad

GUI NOMAD - NAVEGAÇÃO



Metodologias e Sistemas CAD/CAPP/CAM Baseados na Web

• A integração entre as etapas do ciclo produtivo é um dos caminhos que devem ser explorados na busca pela redução de custos e tempos de produção.

• A modelagem do produto é o ponto central para a promoção de tal integração.

• A abordagem baseada em features. • CAD/CAPP/CAM cooperativos e correlatos,

centrados em rede e distribuídos. • Cybercut e o WebSpiff.


Sistema Cooperativos CAD • São sistemas multi-usuários distribuídos sendo ao mesmo tempo

concorrente e sincronizado :– Concorrência envolve gerenciamento de diferentes processos que tentam

simultaneamente acessar e manipular o mesmo dado. – Sincronização envolve propagação, envolvendo dados entre usuários de

uma aplicação distribuída, de forma a deixar seus dados consistentes. • Utilizam arquitetura cliente/servidor: distribuição de

funcionalidade X dados.• Um problema recorrente nos sistemas cliente/servidor está

associado ao conflito entre a limitação da complexidade da aplicação cliente e a minimização do carregamento da rede.

• A complexidade do cliente é principalmente determinada pelas facilidades de modelagem e interatividade implementadas no cliente,

• O carregamento da rede é determinado principalmente pelo tipo e tamanho do modelo de dados sendo transferido de/para os clientes.


CSCW-FeatureM• É um sistema CAD 3D que suporta modelagem sólida baseada

em features utilizando o ACIS-kernel e uma linguagem interpretada denominada de MCL+, que permite ao usuário a adição de funcionalidade


WebSpiff (http://www.webspiff.org) • Sistema de Modelagem SPIFF: fornece toda a funcionalidade para modelagem

baseada em feature, utilizando o kernel de modelagem ACIS. • Gerenciador de Sessão: fornece funcionalidade para iniciar, associar-se, sair e

fechar uma sessão de modelagem, bem como, gerência todas as comunicações entre o sistema SPIFF e os clientes.


Modelagem Sólida Cooperativa (CSM) • O sistema CSM (Collaborative Solid Modelling) é um sistema de modelagem

cooperativa baseado na Web (CHAN, 1999) que usa muitos métodos de concorrência.

• É criado um ambiente multi-usuário onde um modelo compartilhado pode ser acessado e modificado por vários usuários em tempo real, sendo que cada usuário tem seu próprio modelo local.


NetFeature • Sistema de modelagem baseado em features e na web. Diversos browsers

distribuídos são os clientes que conectam-se ao servidor de modelo de feature neutro.

• O Modelo de Features Neutro comunica-se com um servidor de Base de Dados. O Modelo de Features Neutro mantém uma B-rep do modelo de feature usando atributos para armazenar informações como superfície de acabamento, tolerâncias dimensionais e de forma.


WebCad3D e CyberCut • Software de CAD escrito em Java usando applets via páginas web, baseado no conceito

de Destructive Solid Geometry (DSG)• Um sistema de Planejamento de Processo Auxiliado por Computador (CAPP) que acessa

uma base de conhecimento contendo informações sobre ferramentas e fixações; • Uma fresadora CNC de arquitetura aberta que pode receber informações de planejamento

e projeto em linguagem de alto nível e executar a usinagem sobre uma fresadora Haas VF-1.


RP & MAS • Tele-Manufacturing Facility (TMF): http://tmf.sdsc.edu • Manufacturing Advisory Service (MAS): http://cybercut.berkeley.edu/mas

http://tmf.sdsc.edu/



http://cybercut.berkeley.edu/mas

http://cybercut.berkeley.edu/mas


Sistema de Telemanufatura: WebOxicorte • Telemanufatura do Processo de Oxi-Corte via Internet

voltado para à máquina de Oxi-corte AutoCut 2.5L da White Martins com CNC MCS-520: – Ambiente CAD/CAPP/CAM: GUI para Modelagem

by Features.– Ambiente de Teleoperação: GUI para Teleoperação.


GUI: CAD/CAPP/CAM


Arquitetura Teleoperação • Cliente/Servidor utilizando Sockets


GUI: Teleoperação


Ferramentas Computacionais Para CAPP • Sistemas de gerenciamento de bases de dados

relacional

• CAPP Variante Baseado na Web

• Tabelas de Decisão

• Inteligência Artificial – Sistemas especialistas– Abordagem através de sistemas multi-agentes (MAS)

• Linguagens de agentes

• Modelo de Tomada de Decisão


CAPP Variante Baseado na Web• Servidor HTTP, PHP (Personal Home Page Tools) e MySql/SQL


Tabela de Decisão


Clips, FuzzyClips e Jess (html e Java)


Sistemas Multi-Agentes

• Agentes são metáforas computacionais; um software que pretende imitar o comportamento de seres humanos, por exemplo: comportamento independente e inteligente.

• Arquitetura de agentes: um conjunto de especificações e técnicas utilizadas para a definição funcional dos agentes. – Uma metodologia particular para a construção de agentes.

Especifica como os agentes podem ser decompostos na construção de um conjunto de módulos (componentes) e como estes módulos podem interagir entre si.

– Uma arquitetura envolve técnicas e algoritmos que suportem esta metodologia.


Modelo de Tomada de Decisão?• Arquitetura baseada em sistemas multi-agentes . • Sistema de gerenciamento de base de dados relacional

(MySQL® ou SQL®) para compartilhar as informações dos recursos disponíveis de manufatura (máquinas, ferramentas, informações de materiais, dispositivos de fixação, etc).

• Agentes como os resolvedores das atividades de planejamento do processo.

• Linguagem de comunicação de agentes KQML ou FIPA-ACL como linguagem que os agentes usam para se comunicar.

• Utilização de JATLite (Java Agent Template Lite) para criação de Agentes para comunicação via Web.


Modelo de Tomada de Decisão?Cybercut: Agente & KQML

JATLite: Roteador de Mensagemde Agente

Implantação de Infra-Estrutura no Grima


• Implantar uma infra-estrutura computacional mínima no laboratório do Grima baseada no SO Linux.

• Treinamento de estagiários como administradores de sistema.

• Orientação no desenvolvimento de um pan-tilt, sistema RobWebCam, a ser utilizado na teleoperação.

• Análise do CNC disponível no Torno CNC: necessidade de atualização para permitir a teleoperação.

Conclusão


• modelagem utilizando a tecnologia de Features no lado do cliente;

• arquitetura baseadas em sistemas multi-agentes (MAS) associado a utilização de técnicas de representação do conhecimento como sistemas especialistas (JATLite com Clips, FuzzyClips ou Jess);

• sistemas distribuídos e arquitetura cliente/servidor; • redes de computadores baseados no protocolo TCP/IP

em conjunto com HTTP; • programação utilizando as linguagens de programação

Java e C++;

Conclusão


• utilização do sistema operacional Linux; • um adequado balanceamento entre a funcionalidade do

cliente e a largura de banda disponível na Internet; • base de dados relacional para compartilhamento de

informações (máquinas, ferramentas, dispositivos de fixação, bibliotecas de features, etc) sendo um candidado em potencial o MySQL;

• projeto baseado em Features de projeto/forma (operações de torneamento) e usinagem (operações de fresamento e furação);

• modelagem de sólidos utilizando o kernel ACIS no lado do servidor.

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