Posicionamento indoor na indústria

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A revolução da Internet das Coisas (Internet of Things ou IoT) forneceu à indústria a possibilidade de saber o estado de funcionamento das coisas — sejam máquinas, insumos e processos. Através do monitoramento com dispositivos IoT, usando sensores e controladores que nos informam seu estado atual, podemos saber como uma máquina está se comportando. Informações como temperatura, vibração, contagem de itens podem ser coletadas e monitoradas para análise.

Para itens estáticos, como máquinas e processos que não mudam e ficam sempre no mesmo lugar, isso já é suficiente. Mas existem outros tipos de processos e objetos sobre as quais precisamos saber não só dados de funcionamento, mas a localização. Em resposta à esta necessidade, novas tecnologias estão sendo aplicadas para determinar o posicionamento dessas coisas dentro de ambientes fechados.

Tecnologias tradicionais

Quando se fala em posicionamento, o mais comum é pensar em sistemas de posicionamento global, como o GPS ou o GLONASS, que operam através de sinais de satélites. Embora sejam sistemas com boa precisão, confiabilidade e que já estão consolidados no mercado, eles apresentam problemas quando usados em ambientes fechados, como uma fábrica, onde os sinais sofrem atenuação por conta de paredes e estruturas metálicas.

Essa atenuação dos sinais de rádio em ambientes com paredes e estruturas metálicas diminui a sua eficácia quando aplicados à indústria. Dessa forma, esses sistemas são mais aconselhados para uso externo, como na agroindústria ou no setor de transportes.

Em ambientes fechados, sistemas que usam rádio para calcular a posição de objetos necessitam de beacons — transceptores em posições fixas e conhecidas — espalhados pela planta. Como o uso de Wi-Fi já se tornou comum em ambientes industriais, ele também é a primeira opção para determinação de posição de objetos.

Os roteadores de Wi-Fi que já estão instalados e os dispositivos IoT podem utilizar indicador de intensidade de sinal recebido (Received Signal Strength Indicator – RSSI) de vários roteadores para determinar a sua posição. Sistemas como o Bluetooth e o Zigbee também podem usar o RSSI para localização de dispositivos IoT que já possuem essas tecnologias instaladas.

A solução por RSSI é relativamente simples de ser implementada, já que ele é um sinal disponível em todos os módulos de rádio disponíveis em dispositivos IoT. Como o nível de sinal recebido pelo dispositivo varia com a distância dos beacons de acordo com a equação de Friis, é possível determinar as distâncias e, por triangulação, calcular a posição do dispositivo.

Devido aos problemas de multi-percurso — sinais refletidos em obstáculos que também são recebidos pela antena — torna-se necessário o uso de algoritmos de correção para mitigar os efeitos destas interferências e melhorar a precisão da medida de posicionamento.

Novas tecnologias

Soluções de localização mais recentes usam os métodos de tempo de voo (Time of Flight – ToF) ou de diferenças de tempo de chegada (Time Difference of Arrival – TDoF). Em ambos os casos, a distância entre o beacon e o dispositivo é calculada pelo tempo que o sinal de rádio leva para chegar de um ponto a outro. No caso do ToF, é medido o tempo que o sinal leva para ir do dispositivo até o beacon e voltar.

O TDoA, por sua vez, é baseado em pacotes de dados. Como cada beacon está em um lugar diferente, as mensagens chegam em intervalos de tempo diferentes. A diferença de tempo entre as chegadas dos pacotes é usada para calcular a posição do dispositivo que as enviou.

Dispositivos IoT também podem receber sistemas de localização que não usam rádio. A miniaturização dos acelerômetros e giroscópios feitos com sistemas micromecânicos (MEMS), por exemplo, tornou possível a criação de unidades de localização inercial pequenas o suficiente para estas aplicações.

Nesse tipo de sistema, uma posição inicial é dada e o dispositivo calcula as demais a partir do seu deslocamento. Outra aplicação de MEMS em posicionamento é o uso de sensores de campo magnético que detectam variações no campo magnético terrestre a partir das estruturas metálicas em um galpão de fábrica, por exemplo.

Benefícios e aplicações

Saber a posição, mesmo que aproximada, de algo dentro de uma planta industrial pode economizar tempo e melhorar o fluxo de material na planta. Deslocamentos desnecessários para localizar um determinado item são eliminados, pois a pessoa saberá de antemão onde o item se encontra.

Um técnico de manutenção não precisará ficar procurando o carrinho ou caixa de ferramentas pela fábrica, caso eles sejam dispositivos IoT que possuem sistemas de localização. O técnico pode consultar um sistema ou aplicativo que dirá onde as ferramentas estão e até se estão em uso no momento.

O mesmo carrinho ou caixa de ferramentas também pode fornecer um log de sua posição. A análise deste log pode dizer a um operador humano o quanto as ferramentas são usadas e por quanto tempo. O tempo de manutenção também pode ser extraído pelo tempo que ela permaneceu ali.

Em armazéns e estoques industriais, pallets inteligentes (Smart Pallets) podem indicar corretamente onde estão, otimizando o trabalho de operadores de paleteiras e empilhadeiras. O caminho percorrido pelo pallet nas instalações da fábrica também fica registrado. A análise destas informações pode levar a melhores rotas e economia de recursos como energia e movimentação.

Conclusão

O uso de dispositivos IoT com sistemas de localização aumentam o leque de possibilidades de melhorias nos processos da indústria. Estoques, ferramentas e outros equipamentos passam a informar e saber não só como estão, mas onde estão. Erros de posicionamento de itens, ferramentas fora do lugar, perda de material e outros problemas são detectados de forma mais rápida e os operadores economizam o tempo que gastariam os procurando.

Como sistemas de posicionamento global (como GPS ou GLONASS) não atendem às necessidades em ambientes fechados, novas tecnologias – menores, com menor consumo de energia e maior precisão – criam novas possibilidades de monitoramento. O custo destas soluções permite o monitoramento de posição de itens cada vez menores em áreas de armazenamento ou de produção.

Saber onde as coisas estão dentro de uma planta industrial cria nova possibilidades de análise de recursos, melhora nas rotas de distribuição de insumos para a produção e do controle de estoques na expedição.

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