PILARES da industria 4 0

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SENAI Armando de Arruda Pereira
Pilares da Industria 4.0 e o papel da manutenção neste novo cenário
Professor: José Adilson
Aluno: André Ribeiro de Souza
4TTB
São Caetano do sul
2020
Internet das coisas (IoT)
Na evolução da informação digital das plantas produtivas, temos a época que na verdade o dado nem mesmo era digital, somente havia a informação e esta era analógica.
Depois houve a evolução dos dispositivo, mas continuava com o foco loca. Após essa fase, temos com as redes locais, a possibilidade de verticalizar dados – que são digitais – trocando informações do chão de fábrica, planejamento e administração com a TI. Todavia, com foco apenas nos sistemas que permitiam esta função.
Mas a Indústria 4.0, necessita de uma outra camada, para que de fato tenhamos uma produção digital. Desta forma, os ativos, sistemas e subsistemas da cadeia produtiva, devem complementar as informações de toda a unidade industrial, através da convergência de todas as redes industriais.
Para digitalização de dados da indústria, temos diversos desafios, podemos eleger alguns comuns para que seja pensado na implantação da solução:
· Como criar uma rede de informações complementar na produção que permita planejar e monitorar a produção e manutenção em tempo real
· Como conectar redes independentes, tais como, logística, fornecedores, laboratórios e unir nas redes industrias
· Como estabelecer padronização e segurança da informação nas redes de IoT na indústria
O conceito da informação digital no contexto da Indústria 4.0, é que este dado, deve ser de todos os ativos e sistemas (todas as coisas), deve estar em qualquer lugar e permitir a conexão com esta informação a qualquer hora.
A  Internet das Coisas (IoT), surge como a ideia de conectar qualquer dispositivo que gere informações e possa se conectar a um serviço de cloud. E isso pode estar em qualquer âmbito: casa, hospitalar, esportes, entre outros.
Já a Internet Industrial das Coisas (IIoT), foi a evolução das informações da cadeia produtiva, com o mesmo conceito de IoT, conectando estas informações via cloud, por exemplo.
É importante saber a diferença entre IoT e IIoT: sistemas que conectam coisas, complementam informações, normalmente somente produzem dados, pode ser usado em qualquer setor da indústria, por exemplo, para gerenciar ativos e analisar tendências de manutenção.
A IIoT, forma uma camada crítica do processo produtivo, por exemplo, pode-se conectar diretamente um fornecedor de produto em tempo real na linha de produção, que analise a qualidade e uso de seu produto.
Outro exemplo é conectar a cadeia logística de entrada e saída de materiais e controlar a produção, em tempo real, no ponto ótimo de operação. Isso passa a ser uma aplicação de produção e consumo de dados, com perfil crítico.
A utilização de IoT e IIoT, trazem benefícios as plantas produtivas, onde são esperados os seguintes ganhos abaixo:
· Redução de operações ou paradas
· Melhoria do uso do ativo
· Redução de operações ou custo do ciclo do ativo
· Melhoria do uso do ativo – performance
· Melhoria da produção
· Aumento da rapidez na tomada de decisões
· Oportunidade para novos negócios
· Permitir venda ou compra de produtos como serviço
A Indústria 4.0, propõe a fábrica digital. Com isso, a premissa de se digitalizar todas as informações pode levar a um questionamento sobre a razão e motivo de digitalizar tantos dados, que antes não estavam disponíveis em tempo real e agora, se fazem necessários.
Abaixo então, os motivos para se digitalizar estes dados através da IoT e IIoT:
· Informação barata
· Transformar informação em inteligência
· Diminuir Expertise
· Diminuir risco de tomada de decisões
· Diminuição de operações
· Transparência de ações
· O executado é “aprendido”
· Eliminar o “meio”
· Eliminar erro e desperdício
· Ganho de tempo
A camada de IoT e IIoT na indústria provocará um modelo de prognóstico, uma vez que a automação – que já existe – responde perguntas do que está acontecendo, o que aconteceu e porque aconteceu.
Mas esta camada digital, responderá perguntas tais como: o que irá acontecer, e, isso mudará a forma de operar e manter uma planta industrial.
Se as informações estão todas digitalizadas e há todos os meios (redes) para que trafeguem e troquem informações entre si, é esperado que se possa haver tomada de decisões não só entre operadores e máquinas, mas também entre máquina e máquina, isto chamamos de M2M, Machine to Machine.
Um item muito importante que deve ser levado em consideração para a digitalização da produção, são os RFID’s (Sistemas de Identificação por Rádio Frequência), que em linhas gerais, permitem o rastreio total de todos elementos produtivos dentro da planta e fora dela, permitindo ações em tempo real (tempo e local), fazendo correções, agindo de forma antecipada e monitorando a qualidade no instante do movimento produtivo.
Com estas camadas digitais, construídas pela IoT e IIoT, podemos utilizar tecnologias de planejamento, qualidade e operação, de uma forma totalmente inovadora.
A virtualização é o planejamento produtivo totalmente digital, do projeto a produção, podendo trabalhar todos os cenários, mesmo antes da produção real acontecer.
As arquiteturas de sistemas de automação industrial, que tenham aderência a Indústria 4.0, devem prever, além das camadas já conhecidas do controle operacional e todo o arcabouço de controle, a camada de IoT e IIoT, onde vamos convergir todos estes dados em um Big Data, entregando possibilidades de controle operacional, com tomadas de decisões em formato de prognósticos e de com possibilidade de ações autônomas.
Sobre os protocolos que são usados, é importante saber que a IoT, como dissemos, normalmente somente produz dados e envia.
O protocolo MQTT é bem aceito para esta aplicação.
Todavia, para IIoT, é necessário unir dados críticos de ação em processo, com protocolos existentes, e na ponta, comunicando em OPC-UA, que é a tecnologia mais atual para atender as premissas da Indústria 4.0.
Os sistemas de IoT e IIoT, devem ser projetados e ter ferramentas de segurança de dados, com as seguintes camadas, que permitam trafegar do dado a informação dentro do sistema:
· Dado
· Token (gerador randômico)
· Zona de conexão
· Chave de acesso
· Criptografia
· Autenticação
· Antivírus
· Firewall da rede
Para implantar a camada digital de IoT e/ou IIoT na indústria, sugerimos as seguintes observações, que são comuns em projetos de digitalização para tomada de decisões:
· Separar camada de automação (comando e controle) – tabela de informações
· Digitalizar sinais das “COISAS” para completar tabela de dados IoT
· Conectar outras redes (Gestão, Manutenção, Planejamento, Qualidade, Laboratório) tabela de dados
· Conectar mundo externo (Logística, Fornecedores, Clima…) IIoT
· Quais conjuntos de informações “formam” cenários para tomada de decisões?
Concluímos que a digitalização dos processos e toda a cadeia produtiva da indústria é a base da Indústria 4.0, com as camadas de IoT e IIoT é possível planejar, controlar e rastrear a produção, tanto por simulação digital, quanto por virtualização, ganhando tempo de tomada de decisões e redução de custos
Sistema ciber físicos (CPS)
O conceito de sistema ciber físico é a base da Indústria 4.0, assim como internet das coisas e inteligência artificial. Ele permite a combinação entre componentes de software com a parte mecânica ou eletrônica das máquinas, geralmente via sensores.
As máquinas geram informações que são enviadas até o software por este sistema, então é possível fazer o controle, monitoramento e análise dos dados que são transferidos automaticamente entre o mundo físico (máquinas) e o ciber (softwares).
Com esta base funcionando é possível integrar inteligência artificial para ler estes dados e gerar insights, enviar comandos de acordo com a informação recebida, emitir alertas, ou mesmo fazer relatórios de produção a fim de apontar quais processos precisam de mais atenção.
Um segundo passo seria interligar internet das coisas nessa operação para programara “conversa” entre máquinas e softwares. Assim, quando um equipamento emite uma informação, o outro poderá dar uma resposta condizente. Por exemplo: quando um pedido é adicionado em um software, a máquina já começa sua produção, sem para isso precisar de um comando humano. 
 
Integração completa
Com o sistema ciber físico, portanto, é possível que sensores identifiquem o volume de produção de uma máquina a determinada hora do dia. Esta informação vai para um software com inteligência artificial embutida para determinar quanto de maquinário ligado é necessário para dados níveis de produção. Assim, com a integração com internet das coisas, as máquinas que não estão sendo demandadas por conta do volume de produção podem ser programadas para gastarem menos energia. 
O contrário é verdadeiro, quando o sistema ciber físico identificar um aumento da produção, todo esse caminho é refeito para ativar o maquinário em sua força total.   
De acordo com os autores Edward Ashford Lee e Senijit Arunkumar Seshia “um sistema ciber físico é composto da união de subsistemas físicos em rede com a computação”. Portanto, como vimos no exemplo, ele beneficia a Indústria 4.0 ao passo que abrange clientes, máquinas, produtos, estoques e prestadores de serviço, e impulsiona a interação entre eles de forma automatizada. 
 
4.0
Por mais que pareça um requisito básico para adequar uma indústria ao conceito 4.0, o sistema ciber físico muitas vezes é negligenciado por conta da maior atenção à internet das coisas e análise de dados. O investimento em tecnologias que possibilitem uma operacionalização eficaz deste sistema pode, entretanto, melhorar o uso destas outras tecnologias, deixando os processos mais otimizados.
Entre as vantagens do sistema está economia de recursos, entendimento e adequação do momento da fábrica, automatização de processos e conexão entre máquinas e softwares. O sistema ciber físico, portanto, é como o cérebro da indústria 4.0: ele entende estímulos externos e formulam uma resposta interna, fazendo todo o sistema rodar.
Segurança Cibernética
Uma economia de R$ 73 bilhões anuais. Esse é o impacto que a Indústria 4.0 pode causar sobre nossa matriz produtiva, segundo a Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI). Os conceitos transformadores da manufatura avançada resultam não apenas na redução de custos, mas também contribuem para aumentar a competitividade das empresas.
No intuito de tornar realidade o novo e mais eficiente ambiente fabril, será preciso aderir a uma série de tecnologias emergentes na área da computação e automação industrial. Além disso, a migração para os sistemas da Indústria 4.0 também demandará diferentes estratégias de defesa contra as ameaças existentes no ciberespaço. Com a alta conectividade dos componentes físicos da fábrica, afinal, informações valiosas referentes aos estágios de produção acabam ficando expostas.
Ou seja, apesar de consistirem em uma grande oportunidade de desenvolvimento, tais mudanças a nível estrutural e gerencial apresentam riscos para qualquer negócio. Em seguida, vamos entender quais são os principais tópicos da quarta revolução industrial, bem como os seus desafios em termos de segurança cibernética.
O que é a Indústria 4.0
As três primeiras revoluções industriais trouxeram a mecanização, linhas de produção em massa e controladores lógicos programáveis. Essas evoluções tecnológicas ocorreram de meados do século XXIII até os anos 2000.
Foi em 2011 que alemães cunharam o termo Indústria 4.0, referindo-se à crescente informatização do setor. A convergência de diversas inovações tecnológicas, como Internet das Coisas, Big Data, computação na nuvem e Inteligência Artificial, tem fomentado o advento de fábricas inteligentes.
Caracterizado pela presença de sistemas ciber-físicos, esse cenário disruptivo integra os mundos físico e digital através de uma dinâmica colaborativa. O uso de sensores oportuniza que a comunicação entre máquinas e humanos aconteça em tempo real, facilitando o monitoramento de todas as etapas operacionais. Descentralizar o controle de processos produtivos, para que as tomadas de decisão sejam otimizadas, é um dos princípios da Indústria 4.0.
Quais são seus benefícios
Como consequência da manufatura avançada, observamos um ganho de valor para a cadeia organizacional e todo o ciclo produtivo. A tendência mundial de modernização traz velocidade, a fim de que as fábricas customizem uma demanda cada vez mais complexa de produção.
A partir do processamento de dados, é possível analisar padrões e prever soluções. Pense, por exemplo, em identificar a necessidade de manutenção dos equipamentos antes que algum defeito prejudique os resultados. Assim, as indústrias são capazes de aprimorar organicamente o desempenho da fábrica.
Outro aspecto relevante da Indústria 4.0 diz respeito às relações trabalhistas. Veremos a geração de empregos qualificados, já que as funções repetitivas darão lugar para atividades de supervisionamento. Em outras palavras, a Indústria 4.0 valorizará as capacidades intelectuais em detrimento de habilidades manuais.
É provável que a melhoria das condições ocupacionais acarrete uma diminuição de perigos e acidentes no chão de fábrica. Em contrapartida, o perfil profissional do futuro exigirá capacitação da força de trabalho.
Ameaças no ciberespaço
Acompanhando os benefícios dessa reconfiguração produtiva, porém, vem um alto risco de segurança operacional. Se antigamente o ambiente fabril estava suscetível a ameaças físicas, hoje falamos também em ameaças cibernéticas. Diretor de segurança cibernética na Service IT, Leonardo Lemes esteve no NetStorm para falar sobre o assunto. Confira no vídeo abaixo.
Embora os perigos do ciberespaço se apresentem desde a terceira revolução industrial, Lemes explica por que a questão se agrava na Indústria 4.0. De acordo com o especialista, os sistemas ciber-físicos possuem uma superfície de ataque muito ampla. São diversos pontos interligados, aumentando o conjunto de vulnerabilidades a serem exploradas por um agente mal intencionado.
Dentre as características que contribuem para o cenário de insegurança, estão:
· 1. Interface homem-máquina
· 2. Engenharia social
· 3. Códigos maliciosos
· 4. Senhas fracas
· 5. Ataques baseados na web
· 6. Falhas de configuração
· 7. Monitoramento e roubo dos dados
· 8. Acesso físico
· 9. Ataques aos sistemas de comunicação
· 10. Comunicação entre máquinas
Para ilustrar os riscos trazidos no contexto em questão, Lemes cita os ataques de negação de serviços relacionados à Internet das Coisas. Feito o caso da botnet Mirai, que deixou quase um milhão de pessoas sem internet na Alemanha.
Leia sobre os desafios de Internet da Coisas na agenda para a singularidade tecnológica.
E quais são as motivações por trás das ameaças cibernéticas? Primeiramente, destacam-se os conflitos entre nações por interesses econômicos e políticos. Em segundo lugar, está o roubo de propriedade intelectual e outros ativos valiosos. Portanto, uma estratégia de defesa cibernética deve levar em conta ambos os fatores.
Segurança cibernética
A integração das plantas industriais com o mundo exterior está abrindo brechas para os hackers. Trazendo dados da Trend Micro, Lemes aponta que mais de 250 sistemas de dentro das empresas estão expostos na internet por falhas de segurança. Em virtude dessa exposição, as fábricas inteligentes podem sofrer comandos externos. Comprometer a programação dos produtos, atacar as pessoas que estão nas linhas de produção ou mesmo paralisar completamente os serviços são ameaças oferecidas pelos intrusos.
Com o propósito de mitigar riscos na Indústria 4.0, as empresas devem promover uma análise das próprias vulnerabilidades para então realizarem seu planejamento de segurança. Veja, abaixo, medidas simples mas efetivas de proteção.
Fazer backup de dados
Criar uma rotina para backup de dados sensíveis permitirá que, em situações de roubo e sequestro de informações, você possa restaurar seus arquivos para voltar ao trabalho.
Controlar acessos
Uma dasformas mais comuns de invasão é pela instalação de um pequeno programa malicioso. Dessa maneira, procure bloquear conexões USB e sites ou programas não autorizados, criptografar dados importantes e monitorar tentativas de violação.
Atualizar patches e sistemas operacionais
Mantenha atualizados os seus patches de segurança – responsáveis por corrigir bugs e melhorar a performance dos seus softwares – e sistemas operacionais – visto que as antigas versões ficam passíveis de códigos problemáticos.
Conscientizar equipes
Sobretudo, é a conscientização das equipes acerca dessa problemática que definirá o sucesso das suas medidas de proteção. Desenvolva uma política de segurança da informação para normatizar práticas que envolvem dados estratégicos da empresa.
Em suma, tenha em mente que as ações de segurança cibernética não surtem efeito isoladamente. Mostra-se primordial a implantação de um framework para detectar ameaças, responder a elas e proteger sua rede corporativa. Isto é, uma abordagem integral que proporcione visibilidade ao ecossistema da fábrica inteligente.
Automatização
A indústria 4.0 tem como objetivo englobar um modelo de produção focado em inovações tecnológicas, promovendo a automação industrial para que a produtividade aumente e a qualidade seja mantida. Os processos produtivos podem se tornar mais eficientes, customizáveis e independentes.
O conceito industrial 4.0 surgiu a partir do desenvolvimento de estratégias de produção projetadas por parte do governo alemão. A utilização do termo começou a ser empregada em 2011 na Feira de Hannover.
Princípios da Indústria 4.0
 
Para o desenvolvimento e capacitação dos processos de produção inteligentes junto ao conceito da Indústria 4.0, surgiram as ideia da Internet das Coisas e o Big Data. O primeiro conceito pretende estruturar a comunicação entre objetos físicos à rede mundial de computadores. A partir da interação e por meio de sensores, será possível coletar informações de maneira automática.
Já quando falamos em Big Data, abordamos a questão do grandioso volume de dados gerados e transmitidos. Como seria possível armazená-los? A possibilidade de mantê-los e compartilhá-los por meio de sistemas de nuvem e a facilidade de customização torna possível desenvolver um amplo banco de informações.
Além dos novos conceitos relativos à Internet das Coisas e ao Big Data, alguns fatores são essenciais para a concretização dos processos criados com o advento da Indústria 4.0. São eles:
· operações rápidas e instantâneas;
· uso de máquinas inteligentes e interconectadas à cadeira de produção;
· virtualização dos processos produtivos;
· descentralização da produção;
· flexibilização e customização  nos processos produtivos.
 
As mudanças geradas pela Indústria 4.0
 
As tecnologias de comunicação, sistemas de informação avançados e a integração entre a realidade e o virtual trouxeram mudanças representativas aos processos industriais. Sem dúvidas, por meio da criação das “indústrias inteligentes”, com o desenvolvimento de cadeias produtivas automatizadas e investimento em tecnologia, é possível observar a redução de custos de produção e a diminuição de perdas. Fora isso, a possibilidade de prever falhas, agendar e automatizar a ocorrência de processos que antes eram realizados de maneira mecânica, gera considerável economia de tempo.
Além dos benefícios gerados às grandes indústrias, a automatização produtiva tende a influenciar no mercado de trabalho. A tendência criada pela indústria 4.0 fará com que atividades realizadas manualmente, sejam automatizadas por máquinas, fato que pode acarretar na perda de postos de trabalho. Dessa forma, a realidade aponta para  valorização de profissionais com capacidades estratégicas, principalmente relacionadas aos processos de gestão e tecnologia de informação.
Inteligência Artificial (AT)
 Inteligência Artificial permite que os robôs aprendam com as atividades realizadas e, assim, aprimorem as suas habilidades. Essa é uma das bases fundamentais da Indústria 4.0, afinal, vai colaborar para tornar as fábricas mais autônomas e produtivas.
Quer entender melhor como a Inteligência Artificial pode ser usada a favor dos negócios? Então, veja como essa tecnologia está revolucionando a indústria!
Entenda como funciona a Inteligência Artificial
"A Inteligência Artificial é a combinação de várias tecnologias, que permitem que as máquinas percebam, compreendam, atuem e aprendam por conta própria ou complementem as atividades humanas", explica Tiago Pereira, CEO da Data Science Academy.
Por meio da Inteligência Artificial, a produção industrial tem se tornado mais rápida e mais eficaz em comparação ao trabalho humano. Além disso, é possível que esses robôs realizem tarefas que uma pessoa não conseguiria, como é o caso de matérias-primas perigosas ou componentes microscópicos.
"Mas devemos estar atentos, pois, muitos desses robôs não são tão inteligentes assim. Eles até podem realizar tarefas de forma mais habilidosa, mas são programados de forma limitada. Se você precisar de algo mais, é necessário reprogramar. Portanto, não espere que o robô te surpreenda com algo inusitado", alerta Tiago.
De acordo com o especialista, o uso dessa tecnologia está aumentando com a Indústria 4.0, e, à medida que a Inteligência Artificial evolui, seus custos diminuem.
"A implementação de algoritmos mais complexos de IA vem permitindo, também, às Indústrias avaliarem a aquisição de novas tecnologias, que permitem solucionar problemas e realizar a tomada de decisão de forma mais complexa e segura", complementa.
Como a Inteligência Artificial colabora para a indústria?
De acordo com Jones Granatyr, IA Expert, a Inteligência Artificial traz 3 grandes vantagens para a indústria. "A primeira delas é a redução de erros, pois depois de treinados, algoritmos inteligentes conseguem desempenhar muito bem tarefas que são suscetíveis a erros em processos executados por humanos. Como algoritmos não são suscetíveis a fatores externos, dificilmente eles sofrerão consequências desses fatores".
A segunda vantagem, de acordo com o especialista, está na redução de custos. "Várias lojas de comércio eletrônico ou bancos usam robôs para iniciar um atendimento com o cliente, sendo que o atendente humano só é chamado caso seja um problema mais complexo. Com isso, as empresas podem reduzir custos com funcionários ou, então, alocar os funcionários em áreas mais estratégicas, que possam aumentar o lucro e focar melhor no negócio da empresa".
Com isso, chegamos à terceira grande vantagem da Inteligência Artificial na Indústria 4.0: o aumento de lucro. "Com menos erros e funcionários focados em processos mais importantes, a empresa terá mais tempo para pensar no negócio e deixar outras tarefas a cargo da IA", acrescenta Granatyr.
Em quais áreas e processos a Inteligência Artificial pode ser aplicada?
Não se engane ao achar que a Inteligência Artificial está sendo adotada apenas em linhas de produção. Empresas dos mais diversos setores e portes já estão adotando tecnologias inteligentes que permitem automatizar e melhorar processos.
"Na agricultura, existem alguns protótipos de máquinas autônomas que conseguem fazer todo o processo de colheita sem intervenção humana, ou, ainda, sistemas automáticos para diagnóstico de doenças ou pragas em determinados tipos de plantações. A tendência é que aplicações nesse setor cresçam cada vez mais", prevê Granatyr.
Pereira destaca, ainda, o uso da Inteligência Artificial no transporte. "Nos casos de estimativa de tempo de trânsito no trajeto ou sugestões de meios de transporte mais eficientes, com rotas alternativas, identificação de placas de trânsito, veículos autodirigíveis e com sensores".
O especialista também chama atenção para a chamada "manufatura inteligente" (IoT industrial e IA), que está projetada para crescer visivelmente nos próximos 3 a 5 anos, de acordo com a TrendForce. "A empresa estima que o mercado global de manufatura inteligente superará US$ 200 bilhões este ano e aumentará para mais de US$ 320 bilhõesaté 2020. Da mesma forma, a Federação Internacional de Robótica estimou, até 2019, que o número de robôs industriais operacionais instalados nas fábricas crescerá para 2,6 milhões, do total de 1,6 milhão em 2015".
No entanto, vale dizer que todas essas mudanças e benefícios não acontecerão da noite para o dia. Assim como toda a Indústria 4.0, esse é um processo contínuo e que está se aprimorando.
Inteligência Artificial na prática
Mesmo que o país ainda esteja começando nessa transição, já é possível ter acesso à Inteligência Artificial com tecnologias de ponta. Um exemplo disso é a solução da TOTVS, chamada de Carol, acessível para indústrias de todos os portes.
A Inteligência Artificial pode ser contratada por um plano de assinatura mensal, e funciona como um motor de análise de dados que capta o histórico de vendas da empresa num período de 10 anos. Com base nas informações, ela traça um perfil específico dos clientes e, assim, gera insights valiosos para aumentar o faturamento.
Com a Carol, o gestor consegue definir ações direcionadas para aumentar as vendas e evitar perdas. Para você ter uma ideia, em um caso real, essa Inteligência Artificial acertou 70% na indicação dos clientes que estavam em risco de evasão.
Sistema de nuvem
As transformações na indústria provocadas pela absorção da Tecnologia da Informação e a aplicação de conceitos como automação e controle de dados nos últimos anos estão alterando o modo de produção em nível global. Ao mesmo tempo que afetam rotinas e processos, essas mudanças criam novas demandas computacionais para que seja possível ocorrer o desenvolvimento da Indústria 4.0.
Neste cenário, a computação em nuvem torna-se um dos requisitos fundamentais para o desenvolvimento da indústria do futuro, uma vez que fornece recursos, armazenamento e processamento de dados em escala para a Indústria 4.0. Entre as vantagens do cloud computing destaca-se a flexibilidade e a agilidade no fornecimento dos recursos necessários para a tomada de decisão das empresas que aderiram ao novo modelo industrial.
Recursos da nuvem que servem para a Indústria 4.0
A computação em nuvem origina-se do termo em inglês cloud computing, conceito que se refere ao fornecimento de memória e armazenamento, somado ao processamento de dados em computadores e servidores interligados por meio da internet.
Por ter essas características, a nuvem é capaz de fornecer serviços de computação como servidores, rede, bancos de dados, softwares, entre outros, diferindo das infraestruturas físicas por sua flexibilidade, alta disponibilidade de dados e uma capacidade de processamento que pode ser ilimitada.
Tal infraestrutura é propícia para desenvolver aplicativos, recuperar dados, armazená-los, fazer backups, transmissões multimídia, hospedar sites da web, fornecer software por demanda, analisar dados e gerar projeções para negócios de todos os portes e segmentos.
Assim, empresas que passam a contar com a nuvem dispõem de uma infraestrutura de hardware e software como um serviço pago e por demanda. Essa forma de contratação permite a otimização de recursos e de tempo e fornece cada vez mais capacidade de armazenamento e processamento de dados para as companhias.
Essas características geram uma base favorável à revolução tecnológica da Indústria 4.0, que surge para subverter sistemas de produção convencionais utilizando-se da conexão digital para criar ou aumentar valor na cadeia produtiva das organizações.
Como a computação em nuvem interfere nos processos da Indústria 4.0
Além da infraestrutura necessária para que as máquinas sejam interconectadas e para que as informações que elas fornecem sejam processadas com a rapidez necessária, a nuvem empresta um conceito de uso baseado em serviço à Indústria 4.0. Ou seja, o cloud computing interfere nos processos de aquisição e gestão de infraestrutura tecnológica para que a Indústria 4.0 seja implantada.
Com isso, equipamentos, plataformas de desenvolvimento e licenças de softwares podem passar a ser fornecidos por terceiros para as indústrias, em um modelo de pagamento por utilização das soluções.
Alguns modelos de negócio difundidos em cloud computing, como Software as a Service (SaaS), Infrastructure as a Service (IaaS) e Platform as a Service (PaaS), por exemplo, são totalmente aderentes ao contexto da Indústria 4.0. Diversas utilidades oferecidas através desses modelos fazem com que, ao invés de as indústrias terem que comprar os sensores e softwares, suas estruturas, bem como a automação, o controle e a manutenção possam ser locados em forma de serviço.
Analise de Big Data
O que é Big Data?
O volume de dados das redes sociais, sites, vídeos, internet das coisas, e outras formas de compartilhamento de informação aumentaram em proporções extremas nos últimos anos. Para se ter uma noção o Twitter gera em torno de 12 terabytes de tuítes por dia, medidores inteligentes de energia geram em torno de 350 bilhões de medições por ano e o Google estima que a cada dois dias são gerados 5 exabytes de informações, que é o mesmo volume de informação gerado até 2003 por toda a civilização.
Grandezas dos Dados do Big Data
Adaptado de: http://www.tech-faq.com/zettabyte.html
Na imagem acima podemos ver a grandeza dos dados, o tamanho de um arquivo de texto de 10.000 caracteres tem em torno de 1 kilobyte, se compararmos isso com o volume gerado por tuítes todos os dias (12 terabytes), conseguimos imaginar quantas milhões de palavras são tuitadas. Podemos também imaginar o volume de 5 exabytes de informação que o Google estima que são geradas a cada dos dois dias, sendo que para cada exabyte são 1.000 petabytes, e grande parte dessa informação pode estar relacionada a sua indústria.
Ferramentas comuns como planilhas ou sistemas de BI (Business Intelligence) não suportam todo esse aumento no volume de dados. Por este motivo foi necessário o desenvolvimento de ferramentas mais poderosas, tendo velocidade e suportando uma grande variedade de dados (arquivos textos, imagens, vídeos, entre outros). Esses três requirimentos são conhecidos como os 3Vs do Big Data (Volume, Velocidade e Variedade).
Conseguimos concluir então que o termo Big Data é aplicado a soluções que trabalham com grande volume de dados, com velocidade e extraindo informações de diferentes tipos de dados, para possibilitar a obtenção de insights para tomada de decisões estratégicas. O volume de dados são oriundos de ERPs, sistemas especialistas e/ou sistemas legados (estes tipos de dados são chamado de dados estruturados), e também dados de outras fontes, como redes sociais, rede de sensores, IIoT, planilhas, textos, fotos, vídeos, entre outras fontes de dados (estes por sua vez são chamados de dados não estruturados).
Como o Big Data é aplicado na Indústria 4.0?
Big Data é um termo voltado para tratamento de grandes volumes de informações e se aplica na Indústria 4.0, principalmente por causa do IIoT, que é constituído por diversos sensores que coletam informações em tempo real de todo o processo produtivo. Desde o fornecedor da matéria prima até a entrega ao consumidor. Estes sensores podem coletar informações de temperatura, umidade, quantidade, espessuras, entre outras informações.
Todos os dados coletados precisam ser tratados e armazenados, para posteriormente gerarem uma base de conhecimento para as tomadas de decisões da indústria. Essas bases de conhecimento normalmente são enriquecidas com informações de outras fontes que fazem parte do Big Data. Vamos refletir no seguinte exemplo: A sua aplicação de Big Data está recebendo dados do chão da fábrica referente à produção do produto A na cor vermelha, mas ao mesmo tempo está analisando o Twitter, onde os consumidores estão mostrando preferencia para o produto A na cor roxa. Se o setor de planejamento de produção analisar essa informação é possível reajustar a produção para o produto A na cor roxa em vez de vermelho.
Este parece ser um exemplo simples, mas se pensarmos em todo o trabalho para a analisarmos todas essas informações manualmente, desderelatórios manuais de produção e a leitura de tuítes, essa análise se tornaria inútil, pois ficaria inviável entregar uma informação há tempo cabível ao setor de planejamento de produção para um reajuste das ordens de produção. Vale lembrar que ainda podemos cruzar essas informações com dados dos fornecedores, de outros sistemas da empresa (ERPs, sistemas especialistas) e dados não estruturados, como por exemplo, câmeras filmando gondolas de venda e identificando quais os produtos são mais vistos e manuseados.
Então quais são os benefícios do Big Data na Indústria 4.0?
Ao decorrer do texto foram mencionados alguns dos benefícios, sendo um deles a velocidade da entrega de informações de grande massas de dados, com dados em diversos formatos, dispostos em diversas fontes, como a IIoT e redes sociais. Além desse benefício, existem outros como o monitoramento de equipamentos em tempo real, para identificação de cenários que tenham a probabilidade da ocorrência de uma parada de produção, identificação de gargalos no processo produtivo, agregação de informação de diversas fontes de dados, como sites de fornecedores, redes sociais, publicações no Facebook e Twitter.
Comunicação máquina e maquina (M2M)
Sabemos que a mudança de geração de máquinas não acontece de uma hora para outra. Isso leva uma fábrica operar seus processos produtivos com maquinário de variados modelos e marcas.
E isso não chega a ser um problema, acredite. Um bom projeto de Manufatura Avançada que leva em consideração toda essa complexidade faz uso de um protocolo de comunicação entre máquinas. Ou seja, um padrão de interface para conectar máquinas e equipamentos, ainda que sejam diferentes.
Relacionado: Customização em massa na Indústria 4.0: produção flexível e de baixo custo
Para o gestor industrial, isso representa um passo importante para minimizar a complexidade da integração de sistemas da Indústria 4.0 e ainda reduzir custo, uma vez que evita a interoperabilidade da fábrica. Além disso, permite que a produção seja não só automatizada, mas também otimizada em termos de suporte de dados estruturados e contextualizados.
A importância do protocolo de comunicação na Indústria 4.0
O conceito de Machine to Machine (M2M) na Indústria 4.0 demanda interconexão entre as células de produção. Dessa forma, os sistemas trocam informações entre si de forma autônoma e isso colabora para decisões tomadas de forma mais rápida e eficiente, reduzindo custos e aumentando a segurança e a qualidade de produção.
Relacionado: Internet das Coisas muda processo produtivo e perfil profissional na indústria
Para que todo o sistema funcione e entregue os seus benefícios é preciso que haja um protocolo de comunicação entre as máquinas "traduzindo" toda as necessidades em cada etapa de produção. Portanto, é esse protocolo que dirá qual é o papel de cada máquina ou equipamento dentro do ecossistema e, assim, garantirá o bom funcionamento da fábrica.
Um protocolo de comunicação na Indústria 4.0 é essencial para interligar sensores, placas e motores, além de permitir a aplicação dos parâmetros desejados.
Qual protocolo de comunicação usar?
É possível implementar protocolos de comunicação entre equipamentos antigos e mais novos, como já dissemos. Eles devem ser escolhidos e aplicados de acordo com as necessidades, características do sistema e recursos, e marcas usadas na produção.
Também é importante pensar em elementos, como a facilidade de uso ou a velocidade das máquinas. Para se ter uma ideia, com alguns protocolos de comunicação e dispositivos modernos é possível controlar o braço robótico a partir de um smartphone.
Manufatura Aditiva
A definição de manufatura está associada a um setor de fabricação de produtos. Ou seja: uma área de profunda relevância para toda a atividade industrial.
É de se admirar, então, que a manufatura fique à frente também do desenvolvimento industrial, como um todo. O que nos leva a considerar os avanços da indústria 4.0 dentro desse segmento, visando mais produtividade, com menos recursos e imprevistos.
E é aí que entra a ideia de manufatura aditiva: a aplicação de novas tecnologias, técnicas e ferramentas que contribuam com um desenvolvimento harmônico e funcional. Muito disso, com base nos preceitos e perspectivas em torno de uma tecnologia principal: a impressão 3D.
Qual é a relação entre a indústria 4.0 e a manufatura aditiva?
A impressão 3D é um dos grandes adventos revolucionários do século 21, com propostas de uso diversificadas dentro do contexto da indústria 4.0. E, quando falamos em manufatura aditiva, estamos pensando na junção desses elementos (produção industrial e a impressora 3D) para criar mais, algo melhor e em menos tempo.
Assim, a manufatura aditiva conta com um processo de criação que necessita da adição de camadas distintas e de materiais diversos, como metais e plásticos.
Para tanto, a indústria depende de soluções agregáveis. Ou seja: não adianta algo revolucionário, mas impraticável (seja por tempo, demanda ou investimento). Eis que a impressão 3D ficou popular, barateada, acessível e prática. Tudo o que faltava para impulsionar resultados de impacto ao setor.
Como funciona a manufatura aditiva?
Vamos por partes: tradicionalmente, o processo de manufatura consiste no modelo subtrativo. Trata-se do método em que o objeto é moldado com base na sua matéria-prima, o que gera, consequentemente, resíduos.
A manufatura aditiva, por sua vez, consiste na adição de um material, camada após camada, até que se forme o objeto desejado. Isso por si só já evidencia algo: menos resíduos — menos desperdícios para a indústria.
Só que esse modelo só tem aplicação funcional quando temos uma impressora 3D para moldá-los de acordo com a concepção do projeto. As figuras geradas são conhecidas como CAD.
A partir dessa premissa, o setor adquiriu uma versatilidade ampla para atingir o resultado esperado. A seguir, vamos destacar as principais técnicas utilizadas, na manufatura aditiva, que são idealizadas com base nos resultados esperados e no tipo de material utilizado. Veja só:
Selective Laser Sintering (SLS)
Processo feito com o uso de energia laser concentrada. Por meio dela a propriedade de cerâmicas é moldada, bem como as características de metais e plásticos.
Aplicação: construção de aparelhos ortopédicos, além de componentes para aplicações aeroespaciais.
Stereolithography Aparattus (SLA)
O método consiste no uso de resinas, camada a camada, moldadas com o auxílio de uma luz ultravioleta.
Aplicação: peças que demandam muitos detalhes, considerando a perícia da técnica.
Selective Laser Sintering (SLM)
Aqui, o modelo é gerado a partir do processo de fundição e derretimento de um pó metálico.
Aplicação: objetos em metal, mais resistentes e duradouros.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Popular método — pouco mais de 20 anos de uso — que se tornou também um dos mais acessíveis da manufatura aditiva.
Aplicação: em geral, são produzidas peças que podem ser geradas “de baixo para cima“ por meio do processo de aquecimento de filamentos termoplásticos.
Quais são os desafios e as vantagens em usar a manufatura aditiva?
Como toda boa ideia em transição, a manufatura aditiva também passou — e ainda passa — por uma série de questionamentos de especialistas e profissionais do ramo.
Por exemplo: ainda há quem questione o investimento necessário para colocar em ação as técnicas anteriormente citadas. Afinal, softwares e outras tecnologias são necessários para que o procedimento seja implementado.
Só que, com isso, podemos avaliar um comparativo interessante: a tecnologia é dispendiosa mesmo? Em escalabilidade, podemos observar um aumento de produtividade com menos tempo de produção. Com o tempo, o investimento se converte em lucro, portanto.
Outros, por sua vez, atestam que há uma certa imprevisibilidade nos materiais produzidos. Questões que dificultam o nível de qualidade, como:
· distorções;
· tensões residuais;
· propriedades mecânicas e elétricas alteradas.
Isso tudo tem criado certo burburinho no setor. No entanto, simulaçõesjá estão sendo colocadas em prática para minimizar o problema. Ou seja: são desafios, sim, mas superados em larga escala, permanecendo os benefícios em investir na manufatura aditiva.
E eles são bastante amplos e variados, como aqueles que já citamos — mais produtividade em menos tempo, e com menos recursos — e outros, como a redução de desperdício, em todas as etapas do fluxo produtivo.
Realidade Virtual (RV) e Realidade Aumentada (RA)
Depois de décadas de usos experimentais, os enormes avanços da tecnologia digital nos últimos cinco anos tornaram possível a criação de um ambiente propício a um uso generalizado das tecnologias de realidade virtual e realidade aumentada para os setores profissionais. Estas tecnologias representam hoje um novo ativo para dar suporte aos processos de tomada de decisão, design de produto, treinamento de pessoal, manutenção de equipamentos e controle de segurança.
A Reply antecipou o mercado, interceptando todas as possíveis soluções vindas das tendências tecnológicas mais inovadoras e adquirindo ferramentas, laboratórios, infraestruturas dedicadas e know-how na área de realidade virtual e realidade aumentada, a fim de desenvolver serviços inovadores capazes de oferecer um alto valor agregado com custos/benefícios sustentáveis pelas empresas interessadas.
QR code
O QR Code é um código de barras bidirecional que pode ser escaneado por smartphones ou dispositivos eletrônicos que possuam câmera e acesso à internet. Esse código pode ser convertido em texto, endereço URL, número de telefone, e-mail ou SMS. Desenvolvido no Japão, o código foi empregado inicialmente para catalogar peças na produção de veículos. Segundo Yang et al (2008), o código vem sendo amplamente utilizado na indústria no gerenciamento de inventário e controle de estoque. Entre as suas vantagens, destaca-se a possibilidade de leitura do código com até 30% de degradação do mesmo.
Através dessa problemática de aplicar Internet of Things a maquinários com mais de dez anos de uso, esse trabalho foi desenvolvido para mostrar a aplicação de QR Code nesses maquinários como uma forma alternativa de iniciar a implementação da Industria 4.0 em uma linha de produção.
Etiquetas RFID
RFID é um sistema para identificação e rastreamento de objetos por meio de ondas de rádio. A tecnologia é a mesma da comunicação entre aparelhos de walk talk, mas em vez de sons, os sinais transmitem dados.
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O sistema utiliza uma etiqueta com microchip, as tags, no qual são gravados os dados a serem transmitidos. Os sinais de rádio são captados por uma antena conectada a um computador responsável pelo processamento desses dados.
Na indústria, o RFID tem diferentes aplicações:
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1 - identificação de recebimento de matérias-primas;
2 - localização de ferramentas e equipamentos,
3 - rastreabilidade de itens em processo de fabricação.
A tecnologia RFID quando é conectada a sistemas de análise de dados resultam em ganhos expressivos na gestão de processos. O uso da tecnologia para supply chain por exemplo, proporciona maior visibilidade de estoques, rastreamento de insumos e sincronização de dados com total confiabilidade, com essas integrações processos como: inventário, movimentação de estoque, localização de produto, conferencia de recebimento e expedição e compra de insumos são efetivados de forma automática, em tempo real e sem erros.
O resultado é mais eficiência na operação e redução de custo, os apontamentos podem ser realizados também pelos apontadores através da utilização de coletores de dados.
Papel da manutenção neste novo cenário
A Indústria 4.0 está impactando a manutenção de ativos por meio de soluções que facilitem o gerenciamento nos sistemas de produção, em uma maior capacidade de operação e no planejamento. Outra característica da Indústria 4.0, na manutenção de ativos, é a possibilidade de antecipar a detecção de problemas.
É isso que a manutenção proativa busca, substituir a filosofia de cuidar das falhas – programadas ou não – para identificar as causas básicas dos erros e evitá-las. A principal ação da manutenção proativa é analisar os indicadores de desempenho e identificar as causas primordiais das falhas e degradação do equipamento removê-las antes de se iniciem. Para tal, técnicas de análise de risco são largamente utilizadas.
Vamos tomar como exemplo de manutenção proativa, um componente muito comum em qualquer indústria: um rolamento. Os manuais de um dos maiores fabricantes de rolamentos do mundo, a SKF, informam que a eliminação de todas as partículas com diâmetro maior ou igual à espessura do filme de óleo lubrificante, levaria os rolamentos a uma vida infinita.
Assim, a utilização de lubrificantes adequados, que reduzam ao máximo o atrito evitando a formação de partículas, aliado a um sistema de filtragem, eliminaria a necessidade de substituição do rolamento. Ou seja, este movimento permite, numa fase inicial, identificar anomalias nos processos de produção. Desta forma, as organizações conseguem agir a tempo evitando custos elevados com produtos deficientes.
A manutenção e a confiabilidade melhoram o desempenho de ativos com base na análise de modos de falha, detecção e sinais de desgaste e envelhecimento. A interoperabilidade, virtualização, capacidade em tempo real e computação cognitiva são fatores que definem a Indústria 4.0 na manutenção de ativos.
Fábricas inteligentes nas quais objetos, máquinas e pessoas se comunicam por IoT e sistemas físico cibernéticos capazes de criar e simular virtualmente uma cópia da realidade. Capacidade de coletar, armazenar e analisar dados para tomar decisões em tempo real e ainda criar sistemas automatizados capazes de resolver problemas sem a ajuda do homem.