Tecnologias habilitadoras para Indústria 4.0

Por Paulo Roberto dos Santos

Tecnologias habilitadoras para Indústria 4.0

O que são as tecnologias habilitadoras para Indústria 4.0?

Quando pensamos em Indústria 4.0, é comum que exista o questionamento: Por que essa transformação está acontecendo agora? A resposta está relacionada à disponibilidade e convergência das tecnologias digitais, que chegam ao mercado com custos acessíveis e com soluções que agregam muito valor aos negócios. O grupo das principais tecnologias envolvidas no processo de digitalização das empresas é chamado de “ Tecnologias Habilitadoras para Indústria 4.0”.

Quais são as tecnologias habilitadoras da Indústria 4.0?

Segundo o relatório do BCG (Boston Consulting Group), são nove as principais tecnologias da indústria 4.0, sendo estas determinantes da produtividade e crescimento das indústrias. Tais tecnologias são:

  1. Robôs autônomos;
  2. Manufatura aditiva;
  3. Simulação Digital;
  4. Integração horizontal e vertical de sistemas;
  5. Internet das coisas industrial;
  6. Big Data e Analytics;
  7. Computação na Nuvem;
  8. Segurança cibernética;
  9. Realidade aumentada (“Augmented Reality”).

Para melhor compreensão do que são essas tecnologias, algumas definições são apresentadas a seguir.

1. Robôs autônomos

Um robô autônomo é um robô que realiza comportamentos ou tarefas com um alto grau de autonomia. Alguns robôs de fábrica modernos são “autônomos” dentro dos limites estritos de seu ambiente direto. Pode não ser que todo grau de liberdade exista no ambiente que os rodeia, mas o local de trabalho do robô da fábrica é desafiador e muitas vezes pode conter variáveis caóticas e imprevisíveis. A orientação e a posição exatas do próximo objeto de trabalho e (nas fábricas mais avançadas), mesmo o tipo de objeto e a tarefa necessária devem ser determinados. Isso pode variar imprevisivelmente (pelo menos do ponto de vista do robô).

Um robô totalmente autônomo pode:

  • Obter informações sobre o meio ambiente
  • Trabalhar por um período prolongado sem intervenção humana
  • Mover-se todo ou parte de si mesmo em todo o seu ambiente operacional sem assistência humana.
  • Evita situações prejudiciais para pessoas, propriedades ou a si próprio, a menos que sejam parte de suas especificações de projeto.

Diante desse cenário, os robôs autônomos tendem a assumir, cada vez mais, a execução de tarefas padronizadas e, até mesmo, trabalhos mais complicados. Eles vão passar a executar o mais difícil, enquanto o funcionário apenas atuará para complementar a atividade. Os robôs podem, inclusive, aprender como calcular o melhor trajeto entre um ponto e outro, pois têm um grau de autonomia capaz de ajustá-los a qualquer realidade. Mas vale a pena ressaltar que esse trabalho conjunto não pode ser feito por um robô qualquer, mas, sim, por um robô colaborativo autônomo, que não expõe o ser humano a riscos. Quando ele percebe que o profissional vai interagir, ele age de uma maneira segura, e quando entende que o ser humano se afastou, passa a atuar de outro jeito.

2. Manufatura aditiva

A Manufatura Aditiva – MA (ou do inglês: Additive Manufacturing – AM), também conhecida como impressão em 3D, refere-se a processos usados para criar um objeto tridimensional, em que camadas de material são formadas sob controle de computador. Os objetos podem ser de quase qualquer forma ou geometria e são produzidos usando dados de modelo digital 3D ou outra fonte eletrônica de dados, como um arquivo AMF (Additive Manufacturing File). Assim, ao contrário do material ser removido, como ocorre no processo de usinagem convencional, a impressão em 3D ou MA constrói um objeto tridimensional a partir do modelo CAD ou arquivo AMF, adicionando sucessivamente material camada a camada.

O termo “impressão 3D” referiu-se originalmente a um processo que deposita um material aglutinante em uma cama em pó com cabeças de impressora jato de tinta camada a camada. Mais recentemente, o termo está sendo usado no vernáculo popular para abranger uma maior variedade de técnicas de fabricação de aditivos. Os Estados Unidos e os padrões técnicos globais usam o termo oficial de Manufatura Aditiva para esse sentido mais amplo. A ISO / ASTM52900-15 define sete categorias de processos MA no seu significado: jato de aglutinante, deposição de energia direcionada, extrusão de material, jato de material, fusão de pó, laminação de folhas e fotopolimerização em cubas.

As aplicações iniciais dessa tecnologia estavam orientadas no desenvolvimento de protótipos, no entanto, agora podemos encontra-la também na produção de itens personalizados e de itens cuja
construção era inviável por outros meios de produção.

3. Simulação Digital

Técnica que baseada em modelos matemáticos e representações 3D de máquinas, equipamentos e processos que permite testar e otimizar processos e produtos ainda na fase de concepção. Deste
conceito, encontramos alguns termos já conhecidos no mercado, como: Gêmeo Digital (Digital Twin), Gêmeo Virtual, entre outros. A simulação pode ser utilizada também na simulação de variáveis de processos produtivos, de maneira que sejam testados diversos modelos matemáticos dos processos, para que se encontre o melhor nível de otimização no tempo de execução e no uso dos recursos, insumos e energia.

4. Integração horizontal e vertical de sistemas

A utilização de sistemas de TI que integram uma cadeia de valor automatizada, por meio da digitalização de dados. Essa integração possibilita que os dados criados no momento de atendimento
ao cliente percorram todo processo de produtivo e logístico, possibilitando a gestão de dados de produtos personalizados. Por outro lado, no ambiente da indústria, os dados trafegam no sentido
vertical, desde os sensores e atuadores do chão de fábrica, até os sistemas de ERP que fazem a gestão da empresa.

5. Internet das coisas industrial

A internet possibilitou que as tecnologias de comunicação máquina a máquina (M2M) atingissem um novo patamar, um novo nível de comunicação avançada, englobando serviços, pessoas, máquinas ou qualquer objeto físico com sistemas embutidos (Comunicação CPqD, 2015). Essa rede de objetos físicos, sistemas, plataformas e aplicativos com tecnologia embarcada para comunicar, sentir ou interagir com ambientes internos e externos é o que chamamos de Internet das Coisas. Isso implica uma infraestrutura de rede que interliga objetos físicos e virtuais gerando um grande volume e processamento de dados que desencadeiam ações de comando e controle das coisas.

Considerada como uma das tecnologias onde haverá maior impacto e oportunidades de inovação, já podemos encontrar um número cada vez maior de dispositivos conectados que ajudam a produção.

6. Big Data e Analytics

Na indústria conectada do ambiente Indústria 4.0, os equipamentos, máquinas e processos estão continuamente gerando dados, que trafegam até os sistemas de gestão, e consequentemente criando um enorme volume de informação. Em tecnologia da informação, esse grande volume dados é chamado Big Data. Diz-se que o Big Data se baseia em 5 V’s : Velocidade, Volume, Variedade, Veracidade e Valor.

Big Data é um termo amplamente utilizado para nomear conjuntos de dados muito grandes ou complexos, que os aplicativos de processamento de dados tradicionais ainda não conseguem lidar. Os desafios desta área incluem: análise, captura, curadoria de dados, pesquisa, compartilhamento, armazenamento, transferência, visualização e informações sobre privacidade dos dados. Este termo muitas vezes se refere ao uso de análise preditiva e de alguns outros métodos avançados para extrair valor de dados, e raramente a um determinado tamanho do conjunto de dados.

7. Computação na Nuvem

O conceito de computação em nuvem (em inglês, cloud computing) refere-se à utilização da memória e da capacidade de armazenamento e cálculo de computadores e servidores compartilhados e interligados por meio da Internet, seguindo o princípio da computação em grade.

O armazenamento de dados é feito em serviços que poderão ser acessados de qualquer lugar do mundo, a qualquer hora, não havendo necessidade de instalação de programas ou de armazenar
dados. O acesso a programas, serviços e arquivos é remoto, através da Internet – daí a alusão à nuvem. O uso desse modelo (ambiente) é mais viável do que o uso de unidades físicas.

Muitas aplicações e sistemas com sofisticados algoritmos para otimização de processos passam a ser viáveis com a utilização do processamento na nuvem, minimizando a necessidade de investimento em sofisticados e caros computadores, bem como grandes sistemas de armazenamento de dados.

8. Segurança cibernética

O alto nível de conectividade que a Indústria 4.0 exige levou à introdução de sistemas que são mais abertos e de propósito geral, como aqueles que foram usados em TI há anos. Atualmente, sistemas de controle industrial que se conectam permanentemente via TCP / IP e Ethernet são uma visão comum, assim como o uso de sistemas sem fio padronizados. Todos esses protocolos foram desenvolvidos e analisados detalhadamente, e eles oferecem a maturidade e a confiabilidade que a Indústria 4.0 exige.

A introdução de facilidades de comunicação bem conhecidas em sistemas de controle traz uma série de benefícios, mas isso também torna esses sistemas mais visíveis e os torna vulneráveis a certos riscos, e eles precisam ser gerenciados corretamente. Por este motivo, a Indústria 4.0 abre uma ampla gama de possibilidades, mas também coloca os sistemas em uma posição com um número consideravelmente maior de ameaças.

Melhor conectividade, mais instalações … mas um risco maior

Os dados publicados nos últimos anos em ataques a sistemas industriais indicam que a situação está piorando, com mais ataques dirigidos a sistemas de controle. A Symantec ilustra isso no Relatório de Ameaça de Segurança na Internet, dedicando uma seção inteira exclusivamente à segurança cibernética industrial. Em 2012, a McAfee confirmou que “os atacantes geralmente escolhem sistemas que podem ser facilmente comprometidos, e as evidências sugerem que a SCI é particularmente vulnerável” em seus relatórios sobre Predições de Ameaças, que é emitido anualmente e descreve ameaças industriais. Da mesma forma, a Verizon também publica uma série de relatórios a cada ano sobre esse tema.

9. Realidade aumentada (“Augmented Reality”)

A realidade aumentada (AR) é uma visão direta ou indireta direta de um ambiente físico, do mundo real, cujos elementos são “aumentados” por entrada sensorial gerada por computador, como som, vídeo, gráficos ou dados GPS. Está relacionado a um conceito mais geral, chamado de realidade mediada por computador, em que uma visão da realidade é modificada (possivelmente até
diminuída em vez de aumentada) por um computador. A realidade aumentada aumenta a percepção atual da realidade, enquanto, em contraste, a realidade virtual substitui o mundo real por uma
simulada.

As aplicações da Realidade Aumentada na indústria podem ir desde uma aplicação como suporte aos processos de montagem nas linhas de produção, como ferramenta auxiliar para manutenção remota, até a aplicação em treinamentos de técnicos em novos equipamentos e processos.

Conclusão:

A adoção de um conjunto dessas tecnologias possibilitará ganhos significativos em produtividade, qualidade, sustentabilidade, além da redução do custo de operação e manutenção das empresas. Com isso podemos afirmar que, se realizada uma análise baseada em Custo Total de Operação, uma fábrica com as tecnologias habilitadoras da Indústria 4.0 é mais “barata” quando comparada com uma que não adota tais tecnologias.

As empresas que desenvolverem antes uma estratégia de implementação destas tecnologias conseguirão criar um diferencial competitivo difícil de ser alcançado pelos concorrentes.

Eleve o patamar de desempenho de sua empresa neste mercado em transformação.
Conheça o MBA em Gestão da Produção.

Faça o download gratuito do e-book de Supply Chain

Clique e faça o download gratuito do e-book de Supply Chain

Sobre o autor

Paulo Roberto dos Santos – Formado em Engenharia Mecânica, atualmente é Diretor da Zorfatec. Profissional de negócios, com um histórico de sucesso de 35 anos atingindo a metas em todas as posições tomadas. Com experiência nas áreas estratégicas de Marketing, Inteligência Competitiva, Gestão de Produto, Inovação e P&D. Possui sólida atuação no gerenciamento de processos de engenharia e desenvolvimento de produtos com foco nos mercados das Américas. Especialista em Gestão de Inovação auxiliando empresas em Indústria 4.0, Digitalização e Manufatura Avançada.

Quer receber os conteúdos e as novidades da Fundação Vanzolini no seu e-mail? Cadastre-se em nossa newsletter.

Comentários