Edição 214 - Controle & Instrumentação

Revista Controle & Instrumentação – Edição nº 215 – 2016

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Diga adeus ao status quo da automação
Por Paul Miller e Maurício Kurcgant
da ARC – Advisory Group Inc.

O 20o Fórum Anual da Indústria da ARC em Orlando, Flórida, ocorreu no início de Fevereiro de 2016, com uma audiência de mais de 700 pessoas. Os participantes representavam 300 diferentes empresas e vieram de mais de 25 países ao redor do globo. As principais apresentações refletiram o tema do Fórum, A indústria em Transição: Navegando na Era da Inovação, e serviu como um chamamento de ação para toda a indústria de automação.

Diversos recados ecoaram em todas as palestras iniciais. Eles incluíam a mensagem de que a inovação transformadora já não é uma opção; empresas que não conseguirem inovar de forma eficaz para enfrentar os desafios dos negócios, simplesmente deixarão de existir. Isso se aplica aos usuários finais bem como para os fornecedores de tecnologia. Ficou explicitado que embora as tecnologias de automação tenham tido apenas alguns ganhos incrementais nos últimos anos, que isto está prestes a mudar; de forma rápida e bastante dramática.

Os apresentadores para a abertura dos trabalhos deste ano incluíam Andy Chatha, fundador e presidente da ARC; Sandy Vasser, gerente de Desenvolvimento de Instalações, Instrumentação e Elétrica da ExxonMobil; Don Bartusiak, engenheiro-chefe de Pesquisa e Engenharia de Controle de Processos da ExxonMobil; e Michael Carroll, vice-presidente de Inovação & Excelência de Operações da Georgia-Pacific. A animada mesa redonda que se seguiu contou com a presença de Peter Terwiesch, Presidente da Divisão de Automação de Processos da ABB; e Blake Moret, VP Sênior de Produtos de Controle e Soluções da Rockwell Automation, contribuindo com suas perspectivas sob o ponto de vista dos fornecedores.

Todos podemos aprender muito uns com os outros Andy Chatha iniciou sua apresentação pedindo aos que estavam no Fórum pela primeira vez, que levantassem a mão.

Muito pouca gente na grande sala de sessão geral no Hotel Renaissance SeaWorld o fizeram; mas mesmo assim foram em número maior do que seria normalmente esperado. Andy interpretou isso como uma indicação do crescente interesse pelos temas abordados no Fórum e a curiosidade em saber como os usuários estão se aproximando de tecnologias potencialmente “disruptivas” de hoje. “De forma muito clara, todos nós podemos aprender uns com os outros”, observou ele. Este ponto reapareceu várias vezes durante as palestras.

Em direção aos sistemas abertos de controle Em seguida, Andy chamou a atenção do público para o comunicado de imprensa publicado no mês anterior anunciando que a ExxonMobil concedeu à Lockheed Martin – uma empresa líder na área aeroespacial – um contrato para ajudar no desenvolvimento de um sistema de automa ção de última geração para refino e instalações químicas.

Andy também mencionou que toda a equipe da ExxonMobil estava presente ao Fórum, juntamente com pelo menos uma pessoa chave da Lockheed Martin.

De acordo com o comunicado de imprensa: A ExxonMobil Research and Engineering Company (EMRE) fechou um contrato com a Lockheed Martin para atuar como integradora no desenvolvimento inicial de um sistema de automação de próxima geração, aberto e seguro, para indústrias de processo. Para apoiar esta importante iniciativa, em alta velocidade, a Lockheed Martin realizou em 26 de Janeiro de 2016 o Dia da Indústria, para solicitar informações de fornecedores tradicionais e para encorajá-los a uma ampla participação colaborativa. A ARC também participou deste evento.

O comunicado à imprensa explicou ainda: Trabalhando com a Lockheed Martin, a meta da ExxonMobil reside na concepção de uma nova arquitetura que irá controlar e otimizar as plantas de refino e as de produção química ao mesmo tempo que permitindo o uso de futuros tipos de equipamentos e serviços de informação, como a manutenção preventiva e a otimização da frota. A concepção e implementação se baseiam em padrões de arquitetura que irão garantir a modularidade, a interoperabilidade, expansibilidade, reutilização, portabilidade e escalabilidade do novo sistema.

Andy mencionou que a ARC concorda plenamente com a ExxonMobil no fato que certamente a indústria poderia se beneficiar com sistemas mais abertos. “Mas por que a Lockheed Martin?”, perguntou ele retoricamente.

“Quanto mais você pensa sobre isso, mais sentido faz”. Assim como as plantas de processos, as aeronaves são muito complexas. “Nossa indústria pode aprender muito com a indústria aeroespacial.”

É muito significativo o fato que a ExxonMobil planeja compartilhar a nova arquitetura aberta, e os produtos resultantes, com outras empresas, disponibilizando a solução para o mercado. Andy agradeceu à ExxonMobil por lançar esta iniciativa em relação aos sistemas abertos e encorajou todas as partes interessadas da indústria, fornecedores e usuários finais, a participarem do processo.

A transformação digital da indústria vem ganhando força

Andy passou a explicar que os sistemas proprietários de hoje não fornecem uma base suficientemente sólida para a transformação digital. Embora a maioria das plantas sejam altamente automatizadas, o nível de automação não se alterou significativamente em nas últimas três décadas.

“Acreditamos que as indústrias de processos estão maduras para a transformação digital. A maioria das plantas de processo têm hoje mais de 20 anos de idade. A automação instalada, e outros ativos, são cada vez mais custosos de se manter, são sujeitos a falhas, são ineficientes, suscetíveis a ataques cibernéticos, e muito caros para atualizá-los.” Neste meio tempo, diversas novas tecnologias estão amadurecendo. Elas incluem dispositivos móveis, aplicações em nuvem, analítica, visualização 3D, fabricação aditiva, comunicação sem fio, robótica e drones, aprendizagem de máquinas e plataformas abertas. De acordo com Andy, “Estas tecnologias podem ajudá-lo a transformar o seu negócio.”

Ele ressaltou que mais e mais indústrias estão se movendo em direção a plataformas abertas e que o CPAS, modelo de Sistema Colaborativo de Automação de Processos da ARC (Control Process Automation System) se alinha bem com a visão da ExxonMobil para a indústria de processos.

“No entanto a convergência TI/TO é essencial para a transformação digital e nossa indústria precisa fazer com que o pessoal de TI (Tecnologias de Informação) e o de TO (Tecnologias de Operação) aprendam a trabalhar melhor em conjunto.”

Software Modular O Software, de acordo com Andy, é fundamental. A transformação digital vai precisar de tantos tipos diferentes de software que nenhuma empresa terá capacidade de fornecer sozinha todas as partes. Temos de aprender a resolver isso com outras modalidades de indústrias que estão lidando com questões semelhantes. “Os Sistemas de software de hoje estão se tornando tão complexos, que você tem que começar a projetar o software em pequenos módulos, ou bibliotecas, que se comunicam de forma padronizada através de protocolos de software.”

Andy explicou que os sistemas abertos irão fornecer benefícios para os usuários e para os fornecedores. “Os usuários serão capazes de comprar as soluções que eles precisam, de muitos fornecedores distintos. Os sistemas abertos permitirão que os usuários atualizem seus sistemas com mais frequência. E já que é muito caro desenvolver e lançar novos sistemas no mercado, os sistemas abertos irão reduzir os custos dos fornecedores”.

Concluindo, ele fez as seguintes recomendações para as empresas: Serem centradas no cliente e direcionadas pela demanda; Assegurarem a colaboração; Terem fortes recursos de engenharia de TI e de TO; Abraçarem as plataformas de software abertas e seguras; Buscarem oportunidades para transformação.

Pensar de Maneira Diferente

Começando onde Andy parou, Sandy Vasser da ExxonMobil explicou que “Pensar de forma diferente” é o novo mantra de sua organização. “Isto se aplica mesmo para processos bem comprovados. Para nós não é mais suficiente resolver um problema; devemos ser capazes de resolver o problema da maneira mais eficiente possível.”

Desafios da Automação

Segundo Sandy, os desafios históricos relacionados à automação, para projetos de grande porte envolvem as numerosas dependências de outras disciplinas, forçando a execução do trabalho se desenvolver de forma sequencial; a ocorrência de alterações de projetos em seu estágio final; e projetos altamente personalizados, com elevado conteúdo de engenharia. Desafios recentes enfrentados pela ExxonMobil (e por outras empresas operadoras) incluem ter de lidar com múltiplos EPCs e plantas localizadas ao redor do globo, com equipamentos fornecidos a partir de diversos locais do mundo, e com múltiplas atividades paralelas para satisfazer os cronogramas de projetos. Há reciclagens repetitivas de projeto desde o seu início até o momento do start-up e diversas alterações de hardware ao longo de toda a execução. Muitas alterações precisam ser implementadas no campo, quando o custo de mudança se torna muito maior. Além disso, a automação está sempre no caminho crítico e nós sofremos todas as incertezas do projeto e da execução, com prazos mais longos e custos mais elevados. Como consequência, os custos do projeto vão se elevando enquanto as taxas de retorno do projeto vão ficando mais reduzidas (agora, em boa parte devido aos atuais preços baixos do petróleo e do gás).

“Nós tivemos que partir para uma abordagem diferente, e por isso, neste momento estamos desafiando tudo o que sempre fizemos”, disse Vasser.

Ele passou a explicar os problemas relacionados a soluções de engenharia customizadas. “Queremos eliminar soluções personalizadas tanto quanto possível. Precisamos de padronização para eliminar um número significativo de etapas de um projeto.” Isso inclui a eliminação de testes redundantes de qualificação, testes de aceitação de fábrica, e teste de aceitação de campo.

“Soluções como E/S inteligente também nos livram de várias dependências.”

Para acelerar o desenvolvimento dos projetos, ele acredita que a empresa precisa administrar certos riscos e não pode mais continuar pensando em soluções “100 por cento”. Exemplos disso incluem o uso da capacidade de programação lógica dos sistemas SIS, que têm sido comercialmente disponíveis há anos. Ele também sugere que, para reduzir ainda mais a fiação de campo, múltiplos sinais digitais poderiam ser substituídos por uma única E/S analógica.

“Presentemente há um consenso de que temos de substituir os nossos sistemas de controle a cada dez a quinze anos. Em vez disso, queremos que nossos sistemas de controle continuem úteis mesmo com muito tempo de uso, bastando simplesmente substituir partes do sistema, ao longo do tempo, para ele continuar se mantendo atual “.

No que se refere à segurança cibernética, ele disse acreditar que as abordagens reativas atuais não são sustentáveis e que também não faz o menor sentido continuar usando a mesma forma de gerenciamento de alarme para as novas plantas, do mesmo modo que se faz nas instalações industriais mais antigas. Ele também quer acabar com o uso de gráficos personalizados. “Para um projeto específico, tivemos que criar 1400 gráficos personalizados para os nossos operadores e isso levou tempo demais.”

Nova Abordagem É Necessária

Sandy passou então a fornecer uma visão geral das características desejadas da nova abordagem. Elas incluem mais soluções padronizadas e personalizações reduzidas; complexidade reduzida por meio de projetos simplificados; redução do número de componentes e menor número de diferentes sistemas; capacidade de tirar a máxima vantagem dos ativos de automação instalados; redução do número de dependências; redução do número e simplificação das interfaces; menos processos mais automatizados; e geração automática da documentação.

Sandy Vasser também elencou as atividades chave de automação, e os facilitadores, que ecoaram nas iniciativas da empresa para acelerar projetos e reduzir seus custos, conforme apresentado por ele mesmo no Fórum Orlando do ano anterior: • E/S inteligentes, configuráveis, em gabinetes padrão ou caixas de junção de campo • Virtualização tanto para aplicações de engenharia como em execução em tempo real
• E/S “DICED” (Detecção, Interrogação, Configuração, Ativação e Documentação automáticos) tanto para os dispositivos HART como para os não-HART
• Processador de lógica SIS programado diretamente a partir de digramas de causa e efeitos
• Integração completa entre as áreas de automação e elé- trica
• Uso de E/S inteligentes para substituir a fiação de controle de CCMs.
• Montagem padronizada para converter múltiplos sinais discretos em um único sinal analógico
• Solução simplificada nos pacotes de interface
• Instrumentação de campo sem fio
• Aumento de uso de alimentação em CC
Sandy Vasser concluiu sua apresentação com uma citação atribuída a Albert Einstein: Nós nunca poderemos resolver nossos problemas com as mesmas ideias que tínhamos quando os criamos.

Visão da ExxonMobil

A palestra seguinte foi proferida por Dan Bartusiak da ExxonMobil Research & Engineering. “O Andy Chatha me pediu para compartilhar com vocês a visão da área de refino e químicos da ExxonMobil no que se refere a um sistema de arquitetura de controle aberto e também sobre a parceria que estabelecemos com a Lockheed Martin”, disse ele. “Eu gostaria de apresentar aqui o quadro geral. O problema que estamos tentando resolver é: Como podemos reduzir o custo de nossos projetos de controle de processos; particularmente para operações de novas plantas?” Há uma janela de tempo finito de oportunidade para fazê-lo”, explicou ele.

O que há de errado com o status quo?

“Então, afinal, o que há de errado com o status quo?”, perguntou ele retoricamente. “Em poucas palavras, ficou muito caro atualizar nossos sistemas de controle de processo e nós simplesmente não estamos recebendo retorno suficiente para fazê-lo. A grande parte das melhorias recentes que fizemos foi para adicionar aplicativos do nível 3, que residem na camada acima dos sistemas de controle. “A ARC tem observado que a ExxonMobil não está sozinha nesta tendência. Dan Bartusiak também observou que uma percentagem significativa dos sistemas de controle nas áreas de refino e de químicos da ExxonMobil vai enfrentar a obsolescência já na próxima década, e a pesquisa ARC confirma que isso também se aplica a muitas outras empresas.

Ele então perguntou: “Então por que não simplesmente substituir esses sistemas com sistemas DCS com o estado da arte? Indo direto ao ponto ele mencionou cinco motivos:
• O alto custo necessário para permanecer atualizado com tecnologias de ponta
• O elevado custo para integrar componentes de terceiros
• O número de aplicações de mercado é limitado e há uma grande falta de ferramentas sofisticadas de desenvolvimento
• As soluções vêm “embutidas” nos sistemas, impedindo a escolha da melhor solução de mercado para cada caso
• O modelo de segurança atual não é parte integrante do sistema de controle. Ele é tão somente acoplado a ele. Esta não é a melhor solução.

Uma Nova Abordagem

Para encontrar soluções a esses problemas vitais, a ExxonMobil “pesquisou fora do nosso pequeno mundo”, explicou Dan Bartusiak. “Percebemos haver oportunidades de melhorias por meio do uso de arquiteturas abertas e da virtualização; não somente para a engenharia de desenvolvimento, mas também para proporcionar novas maneiras de efetuar o controle dos processos. Pesquisamos uma revolução construtiva em andamento na indústria de sistemas aviônicos de defesa, em transição de um modelo proprietário para conceitos totalmente abertos e interoperáveis, com arquiteturas baseadas em padrões.

Percebemos que a Internet das Coisas e as transmissões sem fio estão mudando as expectativas da alta administra- ção, que passaram a gerar perguntas como: “Por que nós sempre precisamos de mais sistemas de controle?” E nós estamos presenciando o advento de novas soluções para os desafios de segurança, com modelos emergentes que permitem um fluxo de dados de forma mais segura entre a camada de tecnologia operacional (TO) e as camadas de TI nas nuvens.”

Ele então apresentou a visão da sua organização para os sistemas de controle abertos, seguros e interoperáveis baseados em padrões que:
• Promovem a inovação e a criação de valor
• Integram sem muito esforço os melhores componentes do mercado
• Permitem obter capacidade e desempenho com tecnologias de ponta
• Preservam os softwares aplicativos dos usuários
• Reduzem significativamente o custo de substituição futuro
• Empregam um modelo intrínseco de segurança, adaptativo

Bartusiak enfatizou que esta visão de automação aberta é aplicável tanto a instalações existentes (brownfield) como para novas plantas (greenfield); e é consistente com a visão das unidades de Exploração e Produção (Upstream) da ExxonMobil, não abrindo mão de nenhuma característica de segurança, ou disponibilidade; e, mais importante, tendo o objetivo de criar um sistema comercialmente disponível (não apenas limitado à ExxonMobil), que seria aplicável aos atuais mercados de sistemas DCSs.

Por que a Lockheed Martin?

Em seguida, Bartusiak abordou a pergunta sobre as razões porque a ExxonMobil decidiu trabalhar com a Lockheed Martin, um nome raramente mencionado no mundo de controle de processos, para complementar seus recursos internos para esta criticamente importante iniciativa. Ele explicou que quando a empresa estava pesquisando possíveis colaboradores, acabou achando muito atraente o trabalho do Open Group Future Airborne Capability Environment (FACE) Consortium. A Lockheed Martin é membro fundador deste consórcio.

Segundo o site da FACE, o consórcio foi formado em 2010 como uma parceria entre o governo e a indústria para definir um ambiente aberto de sistemas aviônicos para todos os tipos de plataformas militares aerotransportadas. A Norma Técnica do FACE é um padrão aberto de aviônicos para tonar a computação de sistemas militares de mais robustas, interoperáveis, portáteis e seguras. A norma permite que os desenvolvedores criem e implantem um amplo conjunto de aplicações para uso em todo o espectro de sistemas militares de aviação, através de um ambiente operacional comum. A mais recente edição da norma promove mais ainda a interoperabilidade de aplicações, e a portabilidade, com exigências mais avançadas para a troca de dados entre os componentes da FACE e uma ênfase na definição dos requisitos de linguagens padronizadas.

Obviamente Bartusiak e toda a equipe da ExxonMobil perceberam que uma abordagem semelhante poderia ser extremamente benéfica para toda a indústria do controle de processos. Além de sua profunda familiaridade com a FACE, a Lockheed Martin tinha uma ampla concepção no projeto e na implementação de sistemas abertos determinísticos, para operações em tempo real, com alta disponibilidade. No final de 2015, a ExxonMobil e a Lockheed Martin firmaram um contrato para que esta última agisse como integradora na fase inicial de desenvolvimento dos sistemas.

Próximos passos

Comentando acerca do recente evento “Dia da Indústria” que a Lockheed Martin e a ExxonMobil realizaram para testar o apetite do mercado para este tipo de solução, Bartusiak disse: “Nós lançamos o evento do Dia da Indústria dois dias depois de uma grande tempestade de neve que aconteceu na área de Washington, DC; mas mesmo assim a grande maioria das partes interessadas conseguiu comparecer. Recebemos muito mais perguntas a respeito da qualificação do que o previsto e ainda vai demorar algum tempo para podermos responder a todas elas. “De acordo com Bartusiak, o próximo passo é verificar o interesse e apoio de outros potenciais usuários.

Esta foi, em boa parte, a razão da empresa para apresentar a sua motivação e a sua visão, ao mesmo tempo que articulando as oportunidades no Fórum da ARC este ano. A ExxonMobil convida outros usuários interessados em aprender mais sobre a iniciativa, para entrarem em contato. “Pretendemos construir um protótipo de laboratório já em 2016”, disse ele. “Para além de 2016, gostaríamos de ver uma solução tecnicamente pronta em 2018, e um sistema apto a ser utilizado em 2019”.

A inovação envolve mais do que apenas tecnologia

Ao subir ao púlpito após a apresentação do Dan Bartusiak, Michael Carroll, vice-presidente de Inovação & Excelência de Operações da Georgia-Pacific, comentou: “Quem não fizer isso agora, em dez anos não estará fazendo mais nada”. Michael Carroll abordou então os desafios-chave para o sucesso em inovação.

Segundo ele, a inovação requer decisões e sua participação. Para ilustrar isso, ele disse que metade de seus colegas de jardim de infância de sua pequena cidade natal já haviam morrido; muitos certamente devido a más decisões. “Nós somos um produto de nossas decisões passadas. A inovação exige que você tome decisões e participe”, disse ele. “Como seres humanos, nós criamos a maioria dos nossos próprios obstáculos”. Isso inclui perder as vibrantes imaginações que a maioria de nós tinha quando jovens. “Nunca quebre a primeira lei da imaginação: Não deixe que o que você já sabe se torne o inimigo do que você pode aprender”. Tudo o que você ouviu o Andy e o Dan dizerem aqui é certo, mas não deixe que a falta de imaginação atrapalhe o seu caminho. O problema está em nós; o que então vamos fazer a respeito?”. Para evitar matar inovações em seu caminho Michael recomenda que Não tente convencer as pessoas que elas estão erradas; Não diga que não pode ser feito; Não anule decisões e Não deixe de comemorar seus erros. Cada vez que você falha, você aprende alguma coisa nova.

Depois de fazer algumas perguntas simples baseadas em “o que? e se?”, Michael Carroll apresentou as cinco regras simples de seus 30 anos de experiência em inovação: As inovações mais gratificantes são sempre precedidas por uma viagem através do deserto da ansiedade; As pessoas que estão realmente de mãos dadas conosco têm muito mais importância do que as pessoas com elevadas posições hierárquicas; As pessoas que estão ao seu redor e as pessoas que vão seguir com você no deserto da ansiedade raramente são a mesmas; Vai ser difícil, haverá muito stress, e se você for bem sucedido você nunca mais será o mesmo! Os Inovadores estão para o Status Quo como os aviões a jato estão para os aviõezinhos de papel.

As organizações são burocracias – elas prosperam com o Status Quo.

Em resumo, Carroll disse: “A Inovação em grandes organizações é muito difícil, porque vai afetar a todos, possivelmente de forma incontrolável.”

Recomendações

A ARC recomenda que todos os participantes das indústrias de processo abram suas mentes para os potenciais benefícios oferecidos pelas abordagens inovadoras apresentadas durante estas palestras, bem como em outras sessões apresentadas no Fórum da Indústria ARC de 2016. E ela vai apresentar sessões relacionadas ao tema nos próximos Fóruns da ARC na Europa, Índia e Japão.

Embora um significativo número de obstáculos técnicos, comerciais, organizacionais e humanos ainda tenham que ser superados, a ARC acredita que, se os usuários, fornecedores de tecnologia e outros participantes da indústria trabalharem juntos de forma aberta e honesta, essas novas abordagens terão sucesso imediato e todos, em última análise, irão se beneficiar.

Claramente, o status quo está prestes a mudar e o futuro da sua empresa pode depender muito dela estar entrosada nestes avanços mais cedo, do que tarde.