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 finais), o que traz a

necessidade da busca incessante por aumento de eficiência (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 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–de-

fábrica, 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.