Herman Lepikson Tecnologias Industriais topicos em Man Avancada

Prévia do material em texto

Tecnologias Industriais 
Tópicos em Manufatura Avançada
Herman Augusto Lepikson, Dr.Eng.
hlepikson@gmail.com 
Manufatura Integrada, Avançada
Do que estamos falando?
Fonte: Erik Brynjolfsson & Andrew McAfee, The Second Machine Age
A Inflexão da curva da 
história da humanidade
Dos primórdios da Indústria à Manufatura Integrada: 
rumo à 4a revolução industrial
G
ra
u
 d
e
 c
o
m
p
le
x
id
a
d
e
Indústria 1.0
1a Revolução Industrial 
produção mecânica, 
plantas acionadas por 
água e vapor
1o tear mecânico
1784
Final do
Século 18
2a Revolução Industrial
Produção em massa baseada 
na divisão do trabalho, 
alimentada por energia 
elétrica
Início do
Século 20
Indústria 2.0
t
3a Revolução Industrial
Eletrônicos, TI e ​​robôs 
industriais para automatização
Sistema japonês de gestão da 
produção
Início dos anos
1970
Indústria 3.0
4a Revolução Industrial 
Baseada em sistemas 
Ciberfísicos de produção
Hoje
Conceitos
Sistema, Integração, Manufatura 
(do latim manus + factus, “feito a mão”) 
Passou a designar todo processo intensivo em mão-de-
obra para geração de produtos. Aplica-se ao conjunto de 
processos físicos ou químicos utilizados, com aplicação de 
energia e informação, para agregar valor a produtos. 
Manufatura
Manufatura
(do latim manus + factus, “feito a mão”) 
Passou a designar todo processo intensivo em mão-de-obra 
para geração de produtos. Aplica-se ao conjunto de processos 
físicos ou químicos utilizados, com aplicação de energia e 
informação, para agregar valor a produtos. 
mão-de-obra?mente-de-obra!
Ocupações com 
declínio mais 
rápido em 2014 
e projetado 
para 2024
(em milhares)
Fonte: Bureau of Labour Statistics, EUA, 
acesso em 08/03/2016
http://www.bls.gov/emp/ep_table_105.htm
Os empregos “destruídos” (IBGE):
• Empregos não qualificados ( 8ª série)
• Empregos afetados pela tecnologia
• Ascensoristas, porteiros, telefonistas, datilógrafos, 
arquivistas, secretários, office-boys, cobradores, ... 
Os empregos “sobreviventes”:
• Empregos qualificados (3º grau)
• Empregos não afetados pela tecnologia
• esteticistas, jardineiros, cozinheiros, enfermeiros, 
trabalhadores sociais, guias turísticos, técnicos em 
manutenção e instalação... 
• Trabalhos criativos (design, artes, cultura, ...)
Os empregos em alta:
• Analisadores complexos, com visão de história, relações 
humanas, economia e tecnologia
• Empregos apoiados na tecnologia 
• Cientistas, pesquisadores
• Educadores
• Trabalho além da tecnologia (pensar “fora da caixa”)
• Criação
• Inovação
• Ideação (ideias + empreendedorismo)
• Tudo aquilo que um computador não consegue repetir 
em código ou recombinar do conhecimento prévio 
Três constatações *
• Progresso estonteante advindo das tecnologias digitais
• As transformações trazidas pelas tecnologias digitais vão 
beneficiar profundamente alguns, com mais escolhas e 
liberdade
• “o crescimento das economias avançadas em longo prazo é 
dominado pelo comportamento do progresso técnico” **
• A digitalização vai nos trazer desafios atordoantes
• Desruptura econômica
• Trabalhadores sendo substituídos por computadores e robôs
• O poder de barganha dos trabalhadores, em geral, tende a 
diminuir.
* Erik Brynjolfsson, Andrew McAfee, The Second Machine Age
** Martin Weitzman, in Brynjolfsson & McAfee
Fonte: Erik Brynjolfsson & Andrew McAfee, The Second Machine Age
Evolução dos salários dos trabalhadores homens nos EUA, 
contratos em tempo integral
O Sistema de Manufatura
Infraestrutura Métodos
Pessoas
Sistema
Materiais
Energia
Informação
Produto 
do 
sistema
O Sistema de Manufatura
Infraestrutura Métodos
Pessoas
Sistema
Materiais
Energia
Informação
C
u
st
o
v
en
d
a
Produto 
do 
sistema
Fundação Manutenção
Criação
Infraestrutura Métodos
Pessoas
Sistema
Materiais
Energia
Informação
C
u
st
o
v
en
d
a
Produto 
do 
sistema
Fundação Manutenção
Evolução
O Sistema de Manufatura
Infraestrutura Métodos
Pessoas
Sistema
Materiais
Energia
Informação
C
u
st
o
v
en
d
a
Produto 
do 
sistema
Produtividade =
venda
custo
O Sistema de Manufatura
Infraestrutura Métodos
Pessoas
Sistema
Materiais
Energia
Informação
C
u
st
o
Q
u
al
id
ad
e
Produto 
do 
sistema
Produtividade =
qualidade
custo
O Sistema de Manufatura
Integração
• A tomada de decisão com referência 
a um comum
• Todos tendo a visão do todo 
• Fluxo contínuo de atividades que 
agregam valor a empresa
• A informação necessária, na hora 
certa e no lugar certo
Sistema 
Integrado
Σ (Infraestrutura + Métodos + Pessoas)
Σ (Fundação + Manutenção + Criação)
Visão equivocada da Integração
• As pessoas não se conhecem mais.
• O nível de entendimento e da cultura 
da organização cai significativamente.
• As pessoas se isolam em suas áreas e 
em seus problemas.
Manufatura Integrada, ou Avançada,
e seus Conceitos Subjacentes
Manufatura Avançada, ou Integrada:
Conceito ainda em construção, motivado por importantes mudanças recentes:
• Avanço exponencial da capacidade dos computadores; 
• Diminuição do custo da eletrônica que suporta os sistemas Ciberfísicos (SCFs);
• Imensa quantidade de informação digitalizada; 
• Redes de comunicação cada vez mais versáteis, baratas e confiáveis.
Sistemas Ciberfísicos:
São dispositivos mecatrônicos com capacidades aumentadas de comunicação e 
conectividade. São compostos por entidades físicas controladas ou monitoradas por 
algoritmos baseados em computador
Manufatura Integrada ou Avançada
Algumas Definições atuais:
Manufatura Avançada envolve novas maneiras de criar produtos existentes, 
e a criação de novos produtos com o uso de novas tecnologias
(NNMI - Rede Nacional de Inovação em Manufatura, EUA)
A Indústria 4.0 irá envolver a integração técnica de SCFs na manufatura e 
logística e o uso da internet das coisas e serviços em processos industriais. 
Isso terá implicações na criação de valor, modelos de negócios, serviços a 
jusante e organização do trabalho
(Acatech – National Academy of Science and Engineering, Alemanha)
Internet das Coisas 
(IoT)
Fontes: Panda, GSM
Desenvolvimento de 
Produtos
Automação
Robótica
Sistemas de 
Sistemas
Controle
Logística
Energia
Manutenção 
Industrial
Transportes
Outros
Química
Materiais HPC
Software
Telecomunicações
Eletrônica
Microeletrônica
Mecânica
Áreas do 
conhecimento
interrelacionadas
Fonte: Revista Exame 
julho/2014
Nos próximos 12 anos a economia digital 
orientará toda a economia
Fonte: Mark Mattingley-Scott, Ph.D., IBM Survey on Industrie 4.0, November 2013
Sustentadas em uma forte dependência de dados
Clientes ficarão mais conectados
Consumidores e empregados exigirão mais recursos
Organizações ficarão mais chatas (enxutas) e ágeis
Empresas decidirão mais rápido e baseadas em dados
Empresas enfrentarão novas fontes de competição
Estrutura hierárquica do conhecimento
Ciente do
contexto?
Informação
Dado
Dado
sim não
Pode 
interpretar?
Conhecimento Informação
sim não
Estágio de percepção 
(tomada de consciência)
Estágio de 
interpretação
(Ahmed, Blessing, & Wallace)
“Data is not information, 
information is not knowledge, 
knowledge is not understanding, 
understanding is not wisdom.”
Clifford Stollz
A Manufatura está mudando mais rápido do que nunca
Aumento dacompetitividade
Eficiência crescente
Menor tempo para 
colocação no mercado
Aumento da flexibilidade
• Energia e eficiência 
dos recursos são 
fatores decisivos de 
competitividade
• Menor ciclo de inovação
• Produtos mais 
complexos
• Volume de dados 
maiores
• Produção em massa 
individualizada
• Mercados voláteis
• Alta produtividade
Crescente importância da indústria em todas as economias nacionais ...
A Importância da Manufatura (dados EUA)
Fonte: manufacturing.gov/mfg_in_context.html
Rumo a Ambientes Inteligentes baseados na Internet das Coisas e Serviços
5) Ambientes
inteligentes
4) Computadores
embarcados
1) Computador
Central 2) PC-> Notebook
3) Smartfone
Smartcard
1 Computador
Muitos usuários 1 Computador
1 Usuário
Muitos Computadores, 1 Usuário
90% dos 
computadores
são embarcados
Manufatura
integrada
1941 1960 1980 2000 2020
Evolução das Tecnologias para Integração da 
Manufatura 
N
ív
e
l 
d
e
 i
n
te
g
ra
ç
ã
o
Integração de 
aplicações
Integração dos 
processos de 
negócio
1970 1980 1990 2000 2010
(Nagalingam & Lin, 2008)
Integração de 
sistemas físicos
Comunicação entre sistemas
Gerenciamento de redes
Regras para transferência de dados
Interconexão de sistemas físicos
Portabilidade de aplicações
Processamento distribuído
Ambiente de execução / serviços 
comuns
Compartilhamento de recursos de 
informação
Tomada de decisão com suporte em base de conhecimento
Sistemas de negócio e de controle com suporte em base de conhecimento
Comércio eletrônico, empresas virtuais, cadeia global de suprimento
Monitoramento automático dos processos de negócio
Simulação em projeto, processos, produtos, testes
“Xadrez da produção" algoritmizado dentro dos 
sistemas ciberfísicos
Sistemas ciberfísicos descentralizados interagem via internet baseados 
em tecnologias embarcadas
• O produto a ser fabricado contém 
toda informação necessária sobre os 
seus requisitos de produção 
• Auto-organização das instalações 
integradas de produção, 
considerando toda a cadeia de valor 
• Decisão flexível do processo de 
produção com base na situação atual
Visão da Manufatura integradaSistemas ciberfísicos:
Sistemas compostos por 
entidades físicas controladas 
ou monitoradas por 
algoritmos baseados em 
computador, que evoluíram a 
partir de dispositivos 
mecatrônicos com 
capacidades aumentadas de 
comunicação e conectividade 
Os seres humanos continuam a ser essenciais ...
1. SCF: Sistemas Ciber-Físicos
... como planejadores criativos, controladores e tomadores de decisão
Passo 1 
Pessoas concebem e projetam o produto
Passo 2 
Pessoas determinam as regras e 
parâmetros da produção
Passo 3 
SCF 1 simulam e comparam as opções 
de produção com base nas instruções
Passo 4 
SCF 1 propõem planos de produção 
adequados e otimizados
Passo 5 
Seleção implementação do caminho ótimo de produção
Espinha dorsal da Manufatura integrada
Desenvolvimento de produto, 
produção e serviços comunicam-
se via softwares e redes
Máquinas e produtos trocam 
informações em tempo real
Controle autônomo e otimização
Perspectivas da Manufatura integrada (avançada)
o que precisa ser feito?
Controles locais
Comunicação em tempo 
real
Cópias digitais de produtos 
e processos
MES (Manufacturing 
Execution Systems)
Concepções de segurança 
industrial
Decisão e execução feitas 
por seres humanos
Indústria atual
In
te
g
ra
ç
ã
o
Base de regras para redes 
dinâmicas
Simulação integrada 
ligando produto - produção
“Vocabulários” adicionais 
de comunicação
Arquitetura dinâmica 
orientada à solução
Mecanismos para transfe-
rência segura de dados
Educação para fortalecer 
novos níveis de abstração
A fazer
C
o
la
b
o
ra
ç
ã
o
Rede dinâmica dos controles 
locais
Modelos digitais de todos os 
processos e participantes
Comunicação complexa 
estendida
Otimização dos processos em 
rede dinâmica
Segurança autoconfigurável 
tb. para requisitos temporários
Humanos definem modelos e 
regras para decisões
Manufatura Avançada
Conceito holístico do processo de desenvolvimento de 
produto e produção
Projeto de 
produto
Planejamento 
da produção 
Engenharia de 
produção 
Realização da 
produção 
Serviços
Caminho para a Manufatura integrada: planejamento integrado de produto
e produção aumentam produtividade, eficiência e flexibilidade
inteligência em rede Uso das tecnologias mais eficientes
Manufatura integrada: 
O desenvolvimento de Plataformas digitais das organizações é 
requisito chave
Plataforma digital da 
Organização
Comunicação transparente e 
completa baseada na transferência 
de dados harmonizados entre "chão 
de fábrica" e "andares de cima"
Sistemas Ciberfísicos
• Mundos real e digital convergem
• Sem planejamento em nível de 
detalhe 
• Auto-organização 
• Negociações automatizadas 
baseadas na Internet
CONCLUSÃO
A gama de tecnologias envolvida na evolução das fábricas está a 
caminho e consolidará significativamente as indústrias em termos de 
competitividade.
O uso de Sistemas Ciberfísicos, que é a aplicação de objetos 
inteligentes distribuídos mas interligados, vai revolucionar 
fundamentalmente a fábrica do futuro.
ESTÁ POR VIR:
Produção inteligente: alta precisão, qualidade de produção superior 
de produtos inteligentes com grande variedade e baixo volume.
Produção urbana: Fábricas inteligentes na cidade, perto das casas 
dos funcionários. 
Produção verde: limpa, eficientes no uso de recursos e sustentável​​.