Indústria 4.0 – sistemas inteligentes para manufatura do futuro

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Desafios da indústria 4.0

O Primeiro Passo na Jornada da Indústria 4.0

Indústria 4.0 - A era da produção inteligente e a função do engenheiro

Uma revolução está ocorrendo no mundo da produção. O mundo real e a realidade virtual continuam a fundir-se; modernas tecnologias da informação e da comunicação estão sendo combinadas com processos industriais tradicionais, alterando assim as várias áreas de produção. Os especialistas estão atualmente discutindo estes desenvolvimentos sob o título de "indústria 4.0".

O tema Indústria 4.0não surgiu por mero acaso, mas decorrente das muitas transformações pela qual nossa sociedade está passando, tais como:

Ritmo acelerado da mudança tecnológica:A tecnologia facilita a criação de mais tecnologia, de forma que este processo acelera em escala logarítmica, quer seja em velocidade ou em conteúdo. Novas tecnologias trazem mais facilidades e mais acesso à informação;

• Soluções personalizadas:O desejo por produtos que atendam necessidades específicas e individuais aumenta proporcionalmente ao aumento da disponibilidade de informação e ao acesso às redes sociais;

• Tecnologias inovadoras:Todos os dias surgem novas tecnologias, que em seguida são melhoradas ou suplantadas por outras ainda mais novas e mais surpreendentes. Impressão 3D deixa os laboratórios para equipar as mesas das escolas e as casas. Processamento de alta capacidade embutidos em smartphones cada vez mais compactos, e em objetos até agora não imaginados;

• Grande diversidade de clientes e mercados:As redes sociais pulverizam as notícias sobre novos produtos e novas tendências em uma velocidade nunca vista;

• Pressão permanente sobre os custos:A diferenciação é cada vez mais difícil de ser mantida, forçando as indústrias a serem cada dia mais eficientes na obtenção de produtos com menores custos;

• Globalização:A facilidade de adquirir produtos de qualquer parte do mundo faz com que os competidores e fornecedores sejam globais;

• Crescente importância da disponibilidade de produtos e pronta entrega:O desejo de consumo não é apenas pelo novo, mas também pelo inédito, criando uma geração ansiosa por receber mercadorias tão logo comprem;

• Aumento dos custos de energia e consciência ambiental:A racionalização no uso dos recursos naturais não é mais um discurso político, mas uma necessidade para sobrevivência. Empresas mais ecológicas são empresas mais eficientes;

• Trabalho em rede, flexibilidade e adaptabilidade da produção:As informações necessitam sair do chão de fábrica para servirem de suporte para decisões estratégicas, o que faz com que todo processo produtivo seja colocado em rede e;

• Autônomos, sistemas baseados em conhecimento de autoaprendizagem:A necessidade de velocidade faz com que a interferência humana seja fator limitador de desempenho, e com isto as máquinas ganham a capacidade de tomar as decisões sobre seus processos de forma autônoma.

Com isso uma revolução está ocorrendo no mundo da produção. O mundo real e realidade virtual continuam a fundir-se; modernas tecnologias da informação e da comunicação estão sendo combinadas com processos industriais tradicionais, alterando assim as várias áreas de produção. Os especialistas estão atualmente a discutir estes desenvolvimentos sob o título de "Indústria 4.0".

Indústria 4.0é um projeto no âmbito da estratégia de alta tecnologia do governo alemão que promove a informatização da manufatura.


O objetivo é chegar à fábrica inteligente (Smart Manufacturing) que se caracteriza pela capacidade de adaptação, a eficiência dos recursos, e ergonomia , bem como a integração de clientes e parceiros de negócios em processos de negócios e de valor.


Sua base tecnológica é composta por sistemas físicos cibernéticos e da Internet das Coisas (IoT – Internet of Things). Especialistas acreditam que a Indústria 4.0 ou a quarta revolução industrial poderia ser realizada dentro de uma década. A figura 1 mostra os marcos das revoluções industriais.



Figura 1 – As revoluções industriais



Aspectos econômicos da indústria 4.0

Podemos dizer que o projeto Indústria 4.0 tem como motivador uma questão política, que busca o posicionamento estratégico da Alemanha para enfrentar o cenário de competitividade futuro, e assegurar que sua indústria se mantenha competitiva e provendo a riqueza necessária para manter o padrão da sociedade.

Conforme podemos observar na figura 2, o impacto das novas tecnologias e do novo modelo de produção será maior do que todas as revoluções anteriores juntas, proporcionando um aumento significativo na economia doméstica dos países que estejam preparados para esse novo cenário. Especialistas estimam que o Produto Bruto Mundial alcance a cifra de 90.000 bilhões de dólares, impulsionado por novas tecnologias e pela modernização dos processos produtivos.

Figura 2 - O potencial econômico de cada revolução industrial


Aspectos sociais da indústria 4.0

Mão de obra

Com a velocidade das mudanças se faz necessário entender o novo papel do ser humano no processo industrial, que definitivamente migra de atividades manuais e operacionais para interação com processos produtivos complexos, que demandarão mão de obra cada vez mais especializada e criarão demandas para formação profissional.

Análises realizadas do impacto da Indústria 4.0 na manufatura alemã pelo BCG (Boston Consulting Group) mostram que o crescimento econômico que será provocado vai levar a um aumento de emprego em 6%, durante os próximos dez anos, como podemos observar na figura 3.

Figura 3 - impacto da indústria 4.0 na mão de obra

A procura no setor de Engenharia Mecânica pode subir ainda mais, em torno de 10 por cento, durante o mesmo período. No entanto, diferentes habilidades serão requeridas.

Como esta última revolução industrial avança, há implicações significativas para a força de trabalho industrial. Atualmente o softwareestá impulsionando os avanços na fabricação e isso significa que o mouse está substituindo a chave de fenda em muitos lugares no chão de fábrica.

Ter as pessoas certas no lugar certo é fundamental para alavancar o ganho tecnológico e para a realização dos objetivos de manufatura inteligente. Isso levou a muita discussão sobre a escassez de trabalhadores qualificados na força de trabalho, muitas vezes referido como o "déficit de competências".


De acordo com o Departamento de Educação dos Estados Unidos, "60 por cento dos novos empregos que vão surgir no século 21 exigirão habilidades possuídas por apenas 20 por cento da força de trabalho atual".

Com fábricas extremamente automatizadas existe o questionamento quanto ao risco de desemprego em larga escala, o que geraria grandes problemas sociais, especialmente se a força de trabalho não estiver qualificada para assumir novas funções em um ambiente digitalizado.


Relações de consumo

Além disso, há necessidade de entender os impactos nas relações de consumo. Uma vez que o consumidor será responsável por gerar as especificações que serão aplicadas ao produto no momento da compra, tornando-o praticamente exclusivo, caberá determinar como deverá ser regulada a insatisfação do cliente e as possíveis devoluções.

No Brasil, a partir da publicação do código de defesa do consumidor, as relações de consumo passaram a ser mais rígidas. Haverá necessidade de revisar essas regulações e ajustá-las para esta nova realidade, sob o risco de inviabilizar a implementação de muitos dos conceitos embutidos na Indústria 4.0, como a customização em larga escala.



A indústria 4.0 no contexto mundial

Hoje observamos que o conceito de nova revolução industrial está polarizado entre Alemanha, com o projeto da Indústria 4.0, e Estados Unidos, com a iniciativa conhecida por Coalizão da Liderança para Manufatura Inteligente (Smart Manufacturing Leadership Coalition – SMLC).

SMLC é uma organização sem fins lucrativos de profissionais de produção, fornecedores e empresas de tecnologia; consórcios de fabricação; universidades; órgãos governamentais; e laboratórios.

O objetivo desta coligação é permitir que as partes interessadas da indústria de transformação possam atuar de maneira colaborativa no desenvolvimento das abordagens, normas, plataformas e infraestrutura compartilhada que facilitar a ampla adoção da inteligência de fabricação.

Países da Ásia acompanham de perto o desenvolvimento do tema na Europa, promovendo seminários e eventos sobre o assunto, em parceria com as entidades europeias (figura 4).

Figura 4 - Ásia acompanha o desenvolvimento da indústria 4.0

O Simpósio “Tomorrow’s manufacturing today”, realizado em Junho de 2014, teve como objetivo discutir o futuro da Indústria 4.0 e suas influências dentro do setor produtivo, bem como o desenvolvimento de habilidades de ensino da futura força de trabalho, reunindo líderes do governo, da academia e de empresas.



O que podemos esperar destes desenvolvimentos?

Este conceito de produção irá aumentar substancialmente a complexidade tecnológica dos processos de agregação de valor, em comparação com a situação que existe hoje.


Dominar esse grau de complexidade exige ferramentas de software adequadas para projetar e construir as instalações e sistemas relevantes, e naturalmente, também para operá-los. É urgentemente necessário que essas ferramentas sejam desenvolvidas e lançadas ao longo dos próximos anos.


Em todo o mundo, os governos, federações de indústrias e empresas têm reconhecido a importância de criar seu próprio valor acrescentado através da produção.

Na manufatura inteligente, tudo está ligado com a ajuda de sensores e chips RFID . Por exemplo, produtos, opções de transporte e ferramentas irão se comunicar uns com os outros e serão organizados com o objetivo de melhorar a produção global, mesmo além dos limites de empresas individuais.


Neste ambiente de produção, o produto em si é uma parte ativa do processo de produção. Esta integração perfeita dos mundos físico e virtual só é possível porque cada elemento existe, simultaneamente, tanto como um físico e um modelo virtual.



Implantação de sistemas físicos-cibernéticos

A base para qualquer implantação significativa de sistemas físicos cibernéticos é uma conexão de dados transparente entre todas as fases do processo de agregação de valor. Para cada produto, ao lado de sua descrição física real, torna-se necessário uma representação virtual que passa agora por um maior desenvolvimento.


Consequentemente, uma integração dos mundos real e virtual é o foco daqueles na vanguarda do desenvolvimento e implementação da manufatura inteligente.

Na figura 5 podemos ver um conceito de como seria o novo ambiente industrial, baseado na fusão do mundo virtual (cyber) com o mundo real (físico), em que os produtos e os meios produtivos coexistem nos dois ambientes, possibilitando rápidas adaptações às demandas geradas por novos pedidos, com novas especificações. Além do gerenciamento em tempo real de todos os ativos e processos industriais.


Figura 5 - Exemplo de sistema ciber-físico

Um fator chave da manufatura inteligente é descentralizar o controle. Neste tipo de processo de produção a comunicação ocorre em cada etapa para determinar quais peças adicionar ou etapas de montagem para implementar. O controle descentralizado torna mais fácil a ação de adicionar ou alterar os equipamentos conforme a necessidade, tornando mais flexível o processo para atender à crescente demanda por personalização em massa.



Desafios do Brasil para atingir este patamar tecnológico

Para a indústria, a Internet das Coisas é a tendência mais importante do nosso tempo. Com a combinação de sensores e atuadores, que estão incorporados em objetos físicos, e a utilização dos dados que são gerados por estes sensores, os fabricantes veem a IoT como uma nova estratégia para melhorar a eficiência da produção.

O potencial para sistemas físico-cibernéticos em melhorar a eficiência no processo de produção e da cadeia de abastecimento é muito grande. Considere processos que governam a si mesmos, onde os produtos inteligentes podem tomar medidas corretivas para evitar danos e onde as peças individuais são automaticamente repostas.

AInternet das Coisastem o potencial para iniciar uma nova era de inovação na fabricação. Mas o que impulsiona a Internet das Coisas? O que está por trás da IoT, expressão da moda que está transformando nosso negócio hoje?

Os principais facilitadores para alavancagem da internet das coisas são:

• Computação móvel: acesso barato à informação

A computação móvel desempenha um papel importante nesse desenvolvimento. Estamos incorporando capacidade de comunicação móvel em computadores e outros dispositivos. A largura de banda é cada vez maior, o que nos permite acessar ou transmitir informações a taxas de velocidade cada vez mais altas. Também é importante que componentes móveis tornaram-se acessíveis para todos.

Gap:Necessidade de expansão dos serviços de internet móvel e fixa, com largura de banda adequada aos novos tráfegos de dados. Desoneração dos serviços de telecomunicações, visando o incremento do comércio eletrônico, como plataforma necessária ao novo ambiente de competitividade;

• Mídia social: conhecimento compartilhado nas comunidades

Os consumidores estão cada vez mais conectados e informados, em muitos casos, contornando completamente os meios convencionais de informação. 74% de todas as decisões de compra dos consumidores são influenciados pelos meios de comunicação social.

Gap:Revisar e ajustar legislação que trata do comércio eletrônico, de maneira e tornar as transações ainda mais confiáveis;

• Internet: tudo conectado através de protocolo único

A fim de facilitar a comunicação entre os dispositivos, todos eles precisam de um protocolo comum - o protocolo de internet - IP . A norma IP4 a IP6 tem aumentado o número de endereços IP disponíveis a partir de 4,3.109 para 3,4.1038. No futuro, cada coisa física ou ativo poderá ser ligado à rede e tem uma representação virtual.

Gap:Necessidade de difusão do novo cenário tecnológico para estudantes, que serão responsáveis pela implementação e manutenção das tecnologias aplicadas nas novas fábricas e empresas de serviço. Trazer a comunidade de pesquisadores da área tecnológica para o fórum de discussões, bem como outras entidades de âmbito nacional;

• Máquina a máquina: a autorregulação na produção

Hoje em dia, temos uma combinação de máquinas assistidas por computador e comunicações rápidas e acessíveis. Máquinas comunicam entre si (e não através de um distribuidor - hub de controle central). O resultado é a autorregulação e autonomia dos processos. As máquinas podem até "chegar" de forma proativa para os consumidores e fornecedores. No futuro, a peça carrega a informação de "o que ele quer ser no final" e as máquinas simultaneamente processam e direcionam a peça de trabalho com base na capacidade e disponibilidade de produção.

Gap:Incentivo às empresas para nacionalizarem a produção e implementação de tecnologias que são a base da plataforma tecnológica. Revisão da legislação que assegura a segurança do ambiente virtual, onde máquinas de diferentes empresas vão interagir, e gerar demandas que produzirão consequências físicas e econômicas para os parceiros de negócios. Esclarecer quanto a responsabilidade legal sobre as consequências de falhas operacionais que causem prejuízos na cadeia de negócios;

• Big Data e análise preditiva: compreensão e extrapolação em velocidade

O resultado líquido de milhões de máquinas que se comunicam umas com as outras, sensores constantemente enviando dados, pessoas conectadas o tempo todo, será inevitavelmente, uma explosão em dados. Armazenar, analisar e fazer uso destes dados é fundamental. Tecnologias de Big Data fornecem os meios para as empresas examinarem rapidamente através destas quantidades extraordinárias de dados, para entender e analisar os padrões.

Gap:Necessidade de difusão do novo cenário tecnológico para estudantes. Discussão e revisão da legislação que assegure a segurança da informação, bem como a propriedade intelectual e cultural em relação aos dados gerados. Praticamente todo conhecimento sobre a cultura de consumo do país estará disponível na grande massa de dados.



Benefícios da revolução tecnológica

A Internet das Coisas é a habilitação de uma revolução industrial, o que está acontecendo de forma evolutiva. Isso fornece aos fabricantes oportunidades para melhorar os níveis de serviço, que vão levar a um aumento da satisfação do cliente. Individualizados, produtos inteligentes que atendam à demanda de uma nova geração de clientes, são um pré-requisito para os fabricantes vencerem em um ambiente global e altamente competitivo.

Mas este desenvolvimento não só irá ajudar a aumentar a eficiência na produção, mas também irá ajudar a criar valor adicional que vai além do produto em si. Processos de serviços dinâmicos baseados em informações que são enviadas a partir do próprio produto vão ajudar a melhorar a experiência do cliente (pense em carros conectados que dizem ao motorista onde encontrar um bom restaurante nas proximidades).

A Internet dasCoisas também tem um impacto positivo sobre o desempenho de ativos de suas instalações de produção. Ela ajuda a reduzir o consumo de energia e aumentar o tempo de atividade equipamento.

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