TRABALHO INDUSTRIA 4 0

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ENGENHARIA MECÂNICA INTEGRADA
INDUSTRIA 4.0 E OS IMPACTOS NA ENGENHARIA MECÂNICA
Nome: Bruno Pereira de Assis – RA; C1563E-2 – Unip Bauru
Engenharia Mecânica 5º Ano – 9º Semestre
Prof. Dr. Júlio César M. Fernandes
Professor – Engenharia Mecânica – Unip Bauru
RESUMO
A 4ª Revolução Industrial é um conjunto de tecnologias que se beneficia da redução dos limites ou barreiras entre as pessoas e os mundos digital e físico, permitindo que as máquinas e os seres humanos trabalhem e se comuniquem de maneira colaborativa, o que promove a eficiência, minimiza a ociosidade e o desperdício, além de possibilitar a criação de processos e mercados.
Essas mudanças foram impulsionadas pelo acesso maciço da sociedade ao mundo digital, que passou a influenciar todos os mercados. Pode-se dizer, portanto, que essa evolução partiu das necessidades da sociedade para o mercado, atingindo os meios produtivos e de serviços.
No contexto da Indústria 4.0, esse conjunto de tecnologias, chamadas habilitadoras, possibilita que as linhas de produção sejam ágeis e atendam o consumidor final de maneira personalizada, sem prejudicar sua produtividade.
O conceito de Indústria 4.0 agrega as principais inovações tecnológicas de vários segmentos e as aplica nos processos de fabricação e de serviços. São tecnologias que têm permitido o surgimento de novos modelos de negócio, produtos e serviços, e fomentado melhorias significativas em modelos existentes.
Essas tecnologias são como pilares que dão sustentação e diferenciam a Indústria 4.0 da 3ª Revolução Industrial.
Capacidade de tomada de decisão e modificação dos processos produtivos em tempo real
Em um mundo competitivo, conseguir obter dados e analisá-los em tempo real é uma vantagem na tomada de decisão das empresas. A capacidade de gestão da operação em tempo real se beneficia da possibilidade de obter informações precisas de cada etapa do processo, ampliando as possibilidades de análise nos processos. Embora os sistemas de gestão da produção tenham sido o primeiro passo nesta direção, falamos agora de tecnologias como inteligência artificial para análise de dados e o reconhecimento de padrões que correlacionam os dados à decisão a ser tomada de forma automatizada.
Virtualização
A representação digital do processo produtivo, ou seja, do conjunto de máquinas, dispositivos e robôs, simulando o processo, suas interferências, tempos, velocidades, consumos de modo a identificar gargalos, prevenir problemas e encontrar a situação ótima do processo.
Descentralização
Com o objetivo de melhorar a produção na indústria, surge a descentralização dos processos decisórios, os quais ficam menos dependentes das decisões humanas, passando, agora, a ocorrer decisões mais assertivas e seguras geradas por sistemas cyber-físicos e baseadas na análise de dados gerados pelas máquinas do processo.
Ampliação de inter-relação entre produção e serviço
Dentro deste grande conceito de indústria 4.0 um dos maiores elementos disruptivos é a orientação a serviço. Mas, o que é orientação a serviço?
A orientação a serviços está associada, em geral, a softwares.
Neste sentido, o cliente é agente de mudanças no processo ao requisitar novas aplicações que viabilizem suas necessidades de utilização. Essas alterações, em geral, atualizam o sistema para corrigir falhas de projeto, evitar retrabalhos em larga escala, ou para fornecer novas aplicações a este sistema.
Por exemplo, os aplicativos de smartphones são atualizados constantemente, mas, para isso, os usuários não precisam ir às lojas físicas. As atualizações ficam disponíveis na Internet e quem decide se irá ou não atualizar o App é o usuário.
Modularidade
O conceito de modularidade é a divisão do sistema produtivo em subunidades que poderão ser conectadas ou desconectadas do processo, de forma independente, maximizando a eficiência dos processos necessários à customização da produção.
Neste conceito, cada parte do processo é um módulo, um sistema independente, mas que interage com os demais, fornecendo informações e realizando tarefas de forma interativa.
Interoperabilidade
Capacidade de comunicação entre os sistemas cyber-físicos, produtos, sensores, humanos, fábricas inteligentes (M2M - machine to machine) por intermédio de diferentes protocolos de comunicação, tendo a Internet das Coisas (IoT) como facilitadora.
A Indústria 4.0 pode ser vista como um mosaico que é composto por tecnologias que têm modificado os diversos setores da sociedade, as chamadas tecnologias habilitadoras.
As tecnologias habilitadoras são tecnologias, desenvolvidas ou em desenvolvimento, capazes de implementar no universo industrial e social parte das mudanças que as bases da Indústria 4.0 propõem.
É importante entender que essas tecnologias têm feito diferença tanto na indústria como em diversos setores, inclusive no seu dia a dia. No entanto, isoladamente, elas não podem ser consideradas como uma evolução para a Indústria 4.0, pois o conceito implica a integração dessas tecnologias no processo produtivo.
A INDUSTRIA 4.0
Em meados de 1999, o pesquisador britânico Kevin Ashton apresentou o termo Internet das Coisas – IoT (em inglês Internet of Things), como uma possibilidade de se etiquetar eletronicamente os produtos da linha de produção de uma empresa, facilitando a logística por meio de identificadores de radiofrequência.
Com base nessa ideia, percebeu-se a oportunidade de interligação direta entre dispositivos, de modo que eles pudessem se comunicar entre si (M2M machine to machine). Por exemplo, um smartphone que pode enviar sinais ao portão de uma residência, abrindo-o automaticamente quando o morador está próximo.
Para Santos et al. (2016), a Internet das Coisas é uma extensão da Internet atual, que proporciona aos objetos, com capacidade computacional e de comunicação, se conectarem à Internet. Essa conexão permite aos usuários controlar os objetos remotamente e/ou torná-los provedores de serviços.
Já os objetos (things) são elementos que possuem capacidade de comunicação e/ou de processamento aliados a sensores. Eles não são apenas computadores convencionais, mas também TVs, notebooks, automóveis, smartphones, webcams, sensores ou qualquer equipamento que possua uma forma de conexão à rede.
Como você viu, a IoT está viabilizando uma série de aplicações, serviços, segmentos. Isso é possível graças a um combinado de tecnologias que se complementam para viabilizar a integração dos objetos nos ambientes físico e digital.
Na Indústria 4.0, a Internet das Coisas contribui para a integração dos ambientes físico e digital, resultando no chamado ambiente cyber-físico.
Um ambiente de produção cyber-físico pode ser entendido como uma rede on-line de máquinas organizadas de forma semelhante às redes sociais. De modo geral, há conexão entre a TI, os componentes mecânicos e os componentes eletrônicos das máquinas e dos equipamentos, que também se comunicam entre si por meio de seus protocolos de comunicação.
Dentro da indústria, esse processo de comunicação entre os mundos físico e digital vem sendo chamado de Internet Industrial das Coisas (IIoT).
Ela também cria uma rede inteligente entre máquinas, propriedades, sistemas de comunicação, produtos inteligentes e indivíduos em toda a cadeia de valor da empresa, durante todo o ciclo de vida do produto.
Isso é possível graças aos sensores e elementos de controle que permitem que as máquinas sejam ligadas à plantas, frotas, redes e aos seres humanos através da Internet.
Com base nas informações disponíveis nesta rede inteligente, processos e contratos podem ser coordenados com o objetivo de aumentar a eficiência da empresa, otimizar os tempos de produção e de logística, reduzir energia, aumentar a qualidade dos produtos, otimizar as vendas e as compras.
Graças à IIoT, a empresa ganha agilidade na tomada de decisão, pois há compartilhamento de informação em tempo real.
O desenvolvimento de IoT também traz novos desafios. Os dados providos pelos objetos podem apresentar imperfeições (calibragem do sensor), inconsistências(fora de ordem, outliers) e serem de diferentes tipos (gerados por pessoas, sensores físicos, fusão de dados). Assim, as aplicaç̧ões e algoritmos devem ser capazes de lidar com esses desafios.
As previsões de investimento em tecnologias e aplicações baseadas em IoT apontam que até 2020 haverá um aumento considerável do investimento nas áreas de manufatura, transporte e logística.
Para as empresas que fabricam produtos exclusisamente para montadoras (OEM, em português Fabricante Original de Equipamentos), como é o caso da empresa Hirotec America, o tempo de inatividade operacional é um problema significativo.
Normalmente, essas paradas na fábrica são causadas por máquinas que operam fora das condições adequadas. Ou seja, sem manutenção preventiva ou preditiva, esses equipamentos são mantidos em operação até a falha ocorrer. E quando ocorre, a equipe de manutenção (ou o técnico) é contatada e o equipamento fica parado até que os reparos sejam realizados.
A fim de eliminar essa tendência de manutenção reativa, a HIROTEC procurou usar seus sistemas e registros para obter uma visão mais profunda de suas operações. Nesse processo, os profissionais da empresa perceberam a necessidade de conectividade, acesso a dados e escalabilidade, e viram na Internet das Coisas (IoT) a ferramenta ideal para alcançar esse objetivo.
Com isso, desenvolveram uma estratégia competitiva para capitalizar os potenciais benefícios da Internet das coisas. A iniciativa começou por identificar as tecnologias fundamentais que alimentariam a IoT. A empresa optou por uma plataforma IoT para permitir que os dispositivos da empresa se conectassem à nuvem.
Ao implementar esta solução, a Hitotec alcançou maior visibilidade de seus ativos e recursos, e de suas necessidades e prioridades, o que permitiu à empresa melhorar sua produtividade.
Para Justin Hester, pesquisador sênior da Hirotec America, com a solução IoT, a empresa ganhou mais visibilidade em seis semanas do que em toda a sua existência.
Com a massificação da conexão dos objetos à Internet surge uma gama de aplicações como em cidades inteligentes, por exemplo, que se sustentam nos pilares Sustentabilidade, Eficiência, Pessoas e Segurança.
Na busca pela definição do conceito de Computação em Nuvem (em inglês, Cloud Computing) encontramos múltiplas abordagens e pouco consenso com relação a uma definição.
O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia - NIST, órgão do departamento de governo dos Estados Unidos da América, define computação em nuvem como:
[...] um modelo para habilitar acesso sob demanda, conveniente e ubíquo, por meio de redes, a um reservatório compartilhado de recursos computacionais configuráveis, por exemplo, redes, servidores, armazenamento, aplicações, etc. que podem ser provisionados rapidamente e liberados com esforço mínimo de gerenciamento ou interação com o provedor de serviços. 
Informalmente, podemos imaginar a nuvem como um grande reservatório de recursos, que foi construído para se adaptar às necessidades de armazenamento de dados de seus clientes e estar disponível em tempo real por meio da Internet.
Dessa forma, a Computação em Nuvem pode ser compreendida como um modo pelo qual os usuários acessam, por meio da Internet, os recursos computacionais disponíveis, sendo que tais recursos têm capacidade de se adaptar às necessidades desses usuários (clientes).
Para melhor entender a Nuvem, clique nas datas na linha do tempo e conheça a evolução dos sistemas de armazenamento.
Você viu que a Computação em Nuvem possibilita o armazenamento de recursos, mas não é só isso. Ela é, também, um modelo para habilitar acesso sob demanda. Essa característica está ligada à escalabilidade e à rápida disponibilidade dos recursos na rede. A escalabilidade é uma das características mais importantes na Nuvem, pois permite que seus recursos sejam rapidamente provisionados, atendendo à mudanças no fluxo de demandas.
Na computação tradicional, os recursos disponíveis para um serviço são fixos. Por exemplo, o número de servidores e o espaço para armazenamento. Já no modelo em nuvem, é possível que os recursos se adaptem às variações no fluxo de demanda, otimizando custos e respondendo de uma maneira dinâmica e rápida a tais variações. Há, portanto, uma economia no projeto e uma capacidade de reação mais rápida frente às mudanças nas demandas.
A nuvem é dinâmica e seus recursos são provisionados à medida que a demanda cresce ou diminui, em um modelo baseado em métricas de uso. Dessa forma, sua precificação, na maioria das vezes, é calculada de acordo com o uso do serviço. Ou seja, o cliente paga por um serviço de armazenamento proporcionalmente ao espaço que faz uso.
Na definição do NIST, para Computação em Nuvem são descritos três modelos de serviços, também chamados de camadas de arquitetura em nuvem. Observe, nas imagens, as diferenças entre eles.
Outras vantagens do modelo de computação em nuvem são a confiabilidade e a tolerância à falhas, pois, os clientes podem estabelecer acordos de nível de serviço com os provedores, de modo a garantir a disponibilidade apenas dos recursos que precisam. Além disso, tarefas como backup e proteção contra vulnerabilidades de segurança da informação passam a ser de responsabilidade dos provedores e não mais dos clientes.
Essa flexibilidade permite que as indústrias tenham maior agilidade, pois no momento em que acontece a maior demanda, a nuvem se adapta a esta necessidade, o que garante que a empresa seja ágil na resposta ao cliente.
De uma forma genérica, podemos dizer que o que diferencia os tipos de modelos de serviço em nuvem é o tipo de cliente ao qual cada um se destina.
Infraestrutura como um serviço (IaaS)
O objetivo desse modelo é tornar mais acessível o fornecimento de recursos computacionais, como servidores, redes, armazenamento etc. que são fundamentais na construção de um ambiente na rede.
No IaaS, o provedor é responsável fisicamente pelos servidores, dispositivos de armazenamento e pela rede. O cliente da nuvem se torna responsável por obter as máquinas provisionadas pelo provedor de serviços, instalar e configurar o sistema operacional e as demais aplicações de seu interesse.
Em geral, o cliente não administra ou controla a infraestrutura da nuvem, mas tem controle sobre os sistemas operacionais, armazenamento, aplicativos implantados e, eventualmente, seleciona componentes de rede, tais como firewalls.
Em outras palavras, o IaaS é um serviço destinado a uma equipe de tecnologia da informação (TI). Sendo assim, a equipe precisa instalar e configurar, por conta própria, todos os recursos necessários para as suas necessidades, desde o sistema operacional até as aplicações que serão disponibilizadas. Normalmente, é adotado por empresas que visam reduzir investimentos em hardware, eliminando custos como segurança e manutenção, além de liberar o espaço físico que seria ocupado por servidores, por exemplo.
Plataforma como um serviço (PaaS)
Esse é um modelo intermediário, composto por um hardware virtual disponibilizado como um serviço. O provedor do serviço disponibiliza o sistema operacional, linguagens de programação e ambientes de desenvolvimento de aplicações.
O cliente não administra ou controla a infraestrutura subjacente, mas tem o controle sobre as aplicações implantadas e, possivelmente, sobre as configurações de aplicações hospedadas nessa infraestrutura.
O foco desse serviço são os desenvolvedores de softwares, pois o PaaS é um ambiente completo para o desenvolvimento de aplicações, tais como compiladores, depuradores, bibliotecas etc.
Enquanto o IaaS disponibiliza recursos de uma maneira genérica, isto é, com pouca ligação com o objetivo final do cliente, o PaaS disponibiliza recursos diretamente ligados ao negócio do cliente.
Software como um serviço (SaaS)
Esse modelo provisiona soluções de software com diferentes propositivos para os clientes da nuvem, acessíveis, por meio da internet, pelos mais variados dispositivos do usuário. O cliente não administra ou controla a infraestrutura subjacente (rede, servidores,sistema operacional, discos rígidos etc.).
Esse modelo provê serviços de computação para o usuário final. O usuário enxerga apenas o software que precisa usar e não tem conhecimento de onde estão localizados os recursos empregados, nem quais linguagens de programação foram utilizadas para desenvolver o serviço, assim como desconhece detalhes do sistema operacional e do hardware que o suporta.
A computação em nuvem, na Indústria 4.0, permite que diversos sistemas atuem com alta performance, disponibilidade, acessibilidade e economia de recursos.
Além disso, a computação em nuvem se mostra como uma ferramenta fundamental na quebra de barreiras geográficas, aumento da produtividade, conectividade e geração de novas oportunidades para empresas de todos os portes e segmentos. As soluções em computação em nuvem podem garantir este desempenho, já que ajudam com as ferramentas de colaboração e integração entre os departamentos, possibilitando mais agilidade na produção, melhor comunicação e redução de erros.
Por exemplo, a indústria pode utilizar um serviço de virtualização que permita construir, implementar e compartilhar soluções de análise em tempo real da operação de um parque fabril. E por meio de armazenamento e serviços na nuvem, a indústria pode aplicar algoritmos de inteligência artificial para auxiliar na análise preditiva.
Com base nesses dados, a indústria poderá tomar decisões mais assertivas quanto aos recursos materiais e humanos, etapas e volume de produção, períodos de manutenção etc. visando redução de custos e aumento de produtividade.
Estamos vivendo a era da informação. Diariamente, são gerados milhões de dados. No ano de 2017, por exemplo, foram gerados 2.5 quintilhões de bytes de dados por dia (DOMO, 2017). Se fôssemos armazenar esses dados em discos Blu-ray seriam necessários 10 milhões de discos. Para se ter uma ideia da velocidade na geração dos dados, é sabido que 90% dos dados disponíveis hoje foram gerados nos últimos dois anos. Ou seja, a sociedade atual está gerando uma quantidade de informação muito superior à gerada por toda a humanidade ao longo dos séculos.
A Internet é uma das principais fontes de dados. Globalmente, a web recebe os mais diversos formatos de dados, de artigos científicos a publicações nas redes sociais, nos formatos de texto, imagem, vídeo e áudio.
Este grande volume de dados recebe o nome de Big Data. No entanto, Big Data não deve ser entendido apenas pelo volume de dados. O fator principal, para a indústria, no uso dessa tecnologia é a capacidade de processar e avaliar as informações relevantes, pois de nada serve possuir grandes volumes de dados se não puder fazer uso deles. É preciso extrair conhecimentos úteis e valiosos, de modo que se faz necessário o uso de ferramentas e técnicas de gestão para processar grande volume de dados, em diversos formatos, em velocidade adequada.
Há cinco características-chave em Big Data: volume, velocidade, variedade, veracidade e valor.
Tirar o melhor proveito do Big Data requer a capacidade de tratamento desses dados. Esse processo pode ser definido como Big Data Analytics, formado por métodos de gestão, técnicas de processamento, mineração de dados e descoberta de conhecimento, inclusive com o uso da Inteligência Artificial. 
Na década de 1950, pesquisadores descobriram que ao descrever as ações humanas por meio de uma série de deduções e lógicas matemáticas, seria possível programar o computador para realizar estas operações, simulando a inteligência humana. A esta linha de pesquisa deu-se o nome de Inteligência Artificial (AI, do inglês Artificial Intelligence), que desde sua criação tem se buscado fazer com que os computadores simulem a forma de pensar e agir dos seres humanos, modelando elementos como ações reativas e até sentimentos.
Para melhor compreender os objetivos da Inteligência Artificial, conheça o teste proposto em 1950 por Alan Turing, conhecido com o pai da computação.
Para Turing, o comportamento inteligente de uma máquina é expresso pela habilidade de obter o desempenho humano em todas as tarefas cognitivas, podendo, assim, enganar um interrogador humano. Nenhum computador foi aprovado nesse teste, pois, para isso, seria necessário uma máquina com diversas habilidades, dentre as quais destacamos:
Processamento de linguagem natural de modo a permitir que uma máquina compreenda e se comunique em uma linguagem humana;
Representação do conhecimento, permitindo ao computador armazenar informações antes e/ou durante o interrogatório;
Raciocínio automatizado para utilizar a informação armazenada para responder às questões, assim como obter novas conclusões a partir dos fatos adicionados a cada interrogatório;
Aprendizado de máquina para se adaptar às circunstâncias, detectar e extrapolar padrões;
Visão computacional para reconhecer possíveis imagens ou objetos utilizados no interrogatório; e
Robótica para atuar na percepção e para manipular objetos.
Essa tecnologia tem sido adotada por muitas empresas para tratar sugestões, informações, reclamações e dúvidas de seus clientes.
Exemplos de Inteligência Artificial são as assistentes virtuais das empresas Google (Google Assistant), da Apple (Siri) e da Amazon (Alexa).
Para conhecer mais sobre Inteligência Artificial, assista aos filmes Ela e Inteligência Artificial.
O que Turing propôs foi um desafio e tanto na área da computação, pois desenvolver todas essas habilidades requer conhecimento provenientes de múltiplas áreas. Dessa forma, o que se viu ao longo da história da Inteligência Artificial foi o desenvolvimento isolado de cada habilidade, sem ter o teste de Turing com foco.
Em relação ao Big Data, a Inteligência Artificial contribuiu com a construção de modelos computacionais para análise e descoberta de padrões em grandes conjuntos de dados. A área da Inteligência Artificial que mais se relaciona a tais processos é denominada Aprendizagem de Máquina, com a subárea Mineração de Dados (em inglês, Data Mining).
Por meio das técnicas de mineração é possível obter dados, normalmente, na forma de regras lógicas ou predições computacionais, que irão subsidiar um processo de tomada de decisão. Exemplo disso são as aplicações que buscam fazer previsões (denominadas modelagens preditivas), descobrir novos padrões ou associações (denominadas modelagens descritivas), refinar agrupamentos por critérios de semelhança ou compreender anomalias de comportamento. 
As técnicas de mineração de dados podem variar de acordo com o objetivo da pesquisa.
Big Data e Inteligência Artificial podem ser utilizados no contexto da Indústria 4.0 por meio da leitura de dados gerados por dispositivos e sensores, bases históricas de downtime, além de alertas de manutenção preventiva.
Os dados coletados a partir de dispositivos e sensores podem ser utilizados em processos analíticos, integrados com bases externas, ou utilizados por algoritmos de mineração de dados. Os algoritmos utilizados podem fornecer predições ou novos conhecimentos que auxiliarão na redução de defeitos, na otimização da matéria-prima e da energia elétrica, assim como para definir a melhor configuração do ambiente produtivo para atender flutuações do mercado.
Robótica é o uso dos robôs para a execução de atividades, em substituição do ser humano em locais insalubres e em atividades que possam colocar em risco a saúde do homem.
A utilização da robótica requer conhecimentos de mecânica (pneumática, hidráulica, cinemática), eletrônica (sensores e atuadores), softwares e programação (Microcontroladores e CLP – Controladores lógicos Programáveis).
Mas, o que são robôs?
Segundo a Robotics Industries Association – RIA (2017),
[...] um Robô é um dispositivo automático com conexões de realimentação (feedback) entre os sensores, atuadores e o ambiente sem que haja a ação de controle direto do ser humano para a realização das tarefas. 
No setor industrial, os robôs vêm contribuindo com o aumento da produtividade e da qualidade dos produtos, melhorias na saúde e segurança do trabalhador, redução do consumo de energia e de insumos.O robô industrial é definido por Norma ISO como uma máquina multifuncional, que pode ter base fixa ou móvel, e ser usada em aplicações de automação industrial. Ele pode ser controlado automaticamente e ser usado para manipulação, com vários graus de liberdade. Pode, ainda, ser usado em ações colaborativas com seres humanos. Por exemplo, um robô que segura uma carga enquanto um operador humano a fixa a uma plataforma
A Robótica também se dedica à pesquisa e à construção de robôs que se movem em seus ambientes de maneira automática. Os robôs móveis, também conhecidos como AGV (Automatic Guided Vehicle), são veículos que se movimentam de forma automática, dispensando o auxílio de operadores. Esta área é chamada de Robótica Móvel.
Cerca de 90% dos robôs industriais são do tipo manipuladores que podem realizar diversas atividades e também são os mais utilizados nas indústrias. Os AVG também começam a ter aplicação na área industrial.
Os componentes de um robô podem ser subdivididos, basicamente, em 7 grandes grupos:
· Estrutura
· Manipuladores
· Atuadores
· Controladores
· Fonte de energia
· Transmissão
· Sensores
Os robôs são classificados de acordo com a configuração que lhes fornecem graus de liberdade. Ou seja, as possibilidades de deslocamentos lineares e angulares de suas partes para a execução de atividades:
· Robô de Coordenadas Cartesianas ou Pórtico;
· Robô Articulado ou Antropomórfico;
· Robô Paralelo ou Delta.
A robótica sozinha, ou aplicada apenas no contexto da automação industrial, se caracteriza como modelo já estabelecido na 3ª Revolução Industrial.
No contexto da Industria 4.0, considerando o atual cenário econômico e tecnológico, as empresas têm buscado tecnologias que associadas aumentam expressivamente a produtividade, a flexibilidade e a agilidade.
Nesse sentido, a robótica se apresenta como uma tecnologia com potenciais ímpares quando empregada em conjunto com outras tecnologias habilitadoras da indústria 4.0.
Observe, no vídeo, os robôs trabalhando de maneira integrada. O colaborador humano assume a gestão do processo por meio das tecnologias de comunicação da planta. Repare que o colaborador humano não tem contato visual com o processo de solda, mas, quando a peça é finalizada, o robô envia a informação para o outro robô que a recolhe e a posiciona na esteira.
Em diversas plantas industriais pelo mundo pode-se observar a difusão da robótica com elementos de outras tecnologias: robôs sendo controlados via internet, com programações altamente flexíveis e adaptativas para diversos tipos de produtos presentes na linha produtiva e robôs que não são apenas executores, mas que, paralelamente à execução, fornecem informações à linha de produção, o que contribui com o processo de verticalização e integração de toda a cadeia produtiva.
Na indústria 4.0, destacamos os robôs colaborativos que estão adaptados e preparados para trabalhar de maneira colaborativa e segura com os seres humanos.
Esses robôs são a materialização da interação entre os mundos cyber-físico e biológico; é a máquina que contribui e aprende com a atividade humana, respeitando e se adaptando às limitações físicas do homem.
Há, ainda, a presença de robôs movimentadores de carga e AVG. Estes já estavam presentes na indústria 3.0, ou seja, em plantas com automação. Mas, nesse novo contexto, esses robôs aprendem, monitoram e se comunicam a todo momento com a planta, agindo de maneira integrada com a operação da fábrica.
Robô Autônomo
Robôs autônomos são capazes de operar em ambientes desestruturados sem contínuo ou explícito controle humano de seus movimentos. Recebem informações do ambiente, se deslocam de um ponto ao outro sem assistência humana e evitam situações perigosas para eles e para humanos.
Os robôs aplicados no campo da engenharia espacial são exemplos de robôs autônomos, pois nestes locais a comunicação pode falhar e eles precisam seguir com sua missão. Assim, eles precisam ser capazes de operar sem intervenção humana.
Além disso, os robôs autônomos dentro das indústrias fornecem dados ao sistema integrado e aumentam a agilidade e a assertividade nas tomadas de decisão.
Robô Colaborativo
O robô colaborativo é uma evolução dos robôs industriais, quando se trata do trabalho entre máquina e seres humanos. É um robô articulado, dotado de sensores em seus eixos, de força limitada, projetado para aprender e se adaptar a novas tarefas, conforme necessário, como se fosse um colega de trabalho humano.
Isso requer movimento controlado e seguro, habilitado por servo motor e diversos tipos de sensores implementados em cada eixo rotativo, a fim de operar com segurança ao lado de seres humanos.
Biomimética
Grande parte das invenções humanas foram baseadas nas formas da natureza. Essa inspiração é chamada de Biomimética. Ao observarem a natureza, os projetistas buscam soluções para problemas de design, a fim de produzirem robôs capazes de executar tarefas cada vez mais complexas.
Um exemplo é o projeto de robôs cooperativos móveis, inspirado nos insetos que vivem em colônias (formigas, abelhas), animais marinhos que vivem em grandes cardumes (águas-vivas) ou em pássaros que migram em grandes bandos. A ideia é que em um sistema multirobôs, cada um dos robôs tenha a capacidade de perceber seu comportamento enquanto grupo e, no contexto, de agir individualmente.
Os desafios das equipes de programação estão concentrados na comunicação e na interação desses robôs. Ao vencer esses desafios, os cientistas buscam alcançar o próximo nível – cooperação baseada em animais mais complexos, como bandos de mamíferos que executam funções coordenadas.
Essas habilidades são muito importantes quando tratamos da indústria. Imagine sistemas que percebam a necessidade de auxílio e consigam se reagrupar de forma a atender uma demanda maior ou menor. Isso permite maior agilidade e flexibilidade dentro da indústria 4.0
Sonda espacial
Sondas espaciais são naves espaciais não tripuladas, com autonomia de movimentos, programadas para a exploração de planetas, satélites, asteroides, cometas e tudo mais o que se deseja explorar fora da terra. São utilizadas para coletar informações em locais onde seria muito caro o envio e retorno de um ser humano ou mesmo locais desconhecidos, e que não seria seguro a exposição de humanos.
A primeira sonda espacial, a Luna 1, foi enviada à Lua, em 1959, pela antiga União das Repúblicas Socialistas Soviéticas – URSS, e desde então diversos países enviam sondas para o espaço a fim de coletar dados que subsidiem suas pesquisas sobre planetas, asteroides, satélites e cometas.
Indústria Farmacêutica
Na Indústria Farmacêutica, os processos demandam alto grau de confiabilidade e segurança a fim de garantir a qualidade dos produtos. Na fabricação, os processos assépticos são os mais críticos.
Por isso, são adotados Sistemas Avançados de Processos Assépticos (APP), que consiste na utilização de robôs para realizar a manipulação e o controle dos medicamentos.
Esses robôs passaram a ser utilizados depois que um estudo (Whyte, 1998) identificou que os operadores humanos, mesmo com vestimentas esterilizadas, geravam, em seus movimentos, partículas, o que causava risco de contaminação dos medicamentos, na seguinte proporção:
· Humano em estado imóvel: 500.000 partículas por minuto,
· Humano parado, com a cabeça, braços e corpo em movimento: 1.000.000 de partículas por minuto,
· Humano caminhando a 2km/h: 5.000.000 de partículas por minuto.
O APP é composto por sistemas robóticos, braços e manipuladores aliados à barreiras físicas para eliminar a intervenção direta do operador no processo. O operador ainda pode fazer pequenos ajustes, utilizando portas de luvas. No entanto, a operação efetiva só ocorre se o operador estiver em uma distância segura do processo.
Nessa situação destacamos três elementos importantes:
· O ser humano continua trabalhando na planta. A diferença é agora está em uma função mais segura, de supervisão.
· A solução promovida pela robótica ultrapassa os limites da fábrica, pois a assepsia no processo de fabricaçãode medicamentos beneficia todos os seres humanos.
· A fábrica passa a ser mais ágil na medida que diminuem os ajustem durante a execução dos processos.
Saúde e Qualidade de Vida
O Japão, famoso por sua tecnologia, vem apostando  na robótica para amenizar um problema causado pela redução na natalidade e do aumento do número de pessoas idosas que moram sozinhas ou em lares comunitários.
Os robôs cuidadores, alguns com formas de “ursinhos” e com vozes infantilizadas, vêm sendo usados como “cuidadores” de pacientes geriátricos. Além de monitorar os sinais vitais, fazer chamadas telefônicas de emergência, servir alimentação e lembrar sobre o horário de medicamentos e compromissos, os robôs interagem, jogam, ensinam, desafiam e divertem esses idosos. O que os ajuda a manter corpo e mente saudáveis.
Os resultados terapêuticos do uso de robôs são impressionantes e vão desde de reabilitação física de pacientes à redução de depressão.
Embora o maior investimento na área tenha sido no Japão, os EUA e países da Europa vêm acelerando o desenvolvimento dos “Carebot”, como são chamados os robôs cuidadores. Isso porque a preocupação com o isolamento social de idosos tem sido tema recorrente nos fóruns mundiais de saúde e qualidade de vida.
Neste case podemos observar o potencial que a robótica possui. Perceba que estes robôs cuidadores precisaram ser produzidos em grande volume e por empresas especializadas, com conhecimentos em diversos setores, gerando, assim, a criação de novos modelos de indústria.
A indústria aplica diversos métodos de fabricação. Um dos mais utilizados na produção é a usinagem, que aplica a técnica de manufatura por remoção de material. Nessa técnica, o material é extraído do bloco até se chegar à forma do produto esperado. Ela pode ser realizada manualmente, por exemplo: limar, cortar, alargar, ou com o auxílio de máquinas operatrizes como torno mecânico e fresadora.
Já a manufatura aditiva é um processo de sobreposição de material para criar objetos a partir de dados de um modelo virtual tridimensional, usualmente a adição da matéria-prima ocorre em camada sobre camada.
Além de manufatura aditiva, outros termos são utilizados para definir esse processo: impressão 3D, fabricação aditiva, processo aditivo, técnicas aditivas, manufatura aditiva por camadas, manufatura por camadas.
Popularmente, a manufatura aditiva é conhecida como impressão 3D, devido ao fato de a tecnologia ser vista como um hardware de impressão que imprime em três dimensões, e prototipagem rápida, devido à grande aplicação da tecnologia na produção de protótipos.
O conceito produtivo da manufatura aditiva é inovador, pois ao invés de extrair material, como na subtrativa, ele é depositado e fixado, camada por camada. Além disso, a espessura da camada depende da capacidade e da tecnologia do equipamento de impressão.
A forma correta do depósito das camadas é especificada no modelo 3D, em três dimensões, que é feito em softwares específicos de desenho, que podem ser AutoCad, Catia, Inventor, Solidwork, Sketchup, 3ds Max, Meshmixer, TinkerCAD, entre outros.
A tecnologia de prototipagem rápida foi introduzida no mercado no fim da década de 1980. A partir de então, o desenvolvimento de novas tecnologias de impressão proporcionou maior precisão dos movimentos e maior resolução dos desenhos. Com isso, a partir dos anos 2.000, peças mais complexas e com maior precisão começaram a ser produzidas.
Vale lembrar que existem várias tecnologias de prototipagem, e a chamada manufatura aditiva não é a evolução do processo e sim um dos tipos. Para cada manufatura existe um processo que melhor se adequa à necessidade de produção.
Com a evolução das tecnologias, também no que se refere aos materiais que podem ser empregados, setores como o médico, odontológico, automobilístico, aeroespacial e bélico conseguem atender demandas muito específicas como a necessidade de customização, redução de massa (peso) e aumento da velocidade de fornecimento.
Além disso, a manufatura aditiva vem sendo usada em outras áreas industriais devido à sua capacidade de produzir peças de geometrias complexas.
Acompanhe o processo produtivo com impressão 3D, ou seja, a manufatura aditiva.
Como você viu, a capacidade de produzir geometrias complexas é um dos grandes diferenciais da manufatura aditiva. Além disso, essa tecnologia permite produzir peças mais leves, com resistência mecânica igual, ou superior, as peças produzidas por métodos produtivos convencionais.
Com a manufatura aditiva também é possível reduzir o número de ferramentas e dispositivos necessários para a produção, pois todas as informações do produto estão em um arquivo digital que pode ser armazenado tanto localmente como na nuvem.
Entre os benefícios proporcionados pela manufatura aditiva estão:
· Agilidade na customização em massa;
· Facilidade na produção de geometrias complexas;
· Baixo custo de armazenamento das matrizes;
· Velocidade de produção (projeto e produto).
Na customização em massa, por exemplo, essa tecnologia permite mudanças no produto a cada peça produzida, o que garante à empresa flexibilidade e agilidade no atendimento às demandas do mercado.
Modelagem por Fusão e Deposição - Fused Deposition Modeling (FDM)
Este é o método mais difundido de impressão 3D. Nele é utilizada uma bobina de filamento, em geral polimérico. O equipamento conduz o filamento até um bico de extrusão que controla a deposição e a fusão do material em camadas. Para que a deposição aconteça em todos os pontos, esse bico possui um sistema de movimentação que permite o seu movimento em X, Y, Z. Com isso, ele pode ser movimentado lateralmente, para cima e para baixo, conforme as necessidades de produção.
Os equipamentos com esta tecnologia são facilmente encontrados em laboratórios de experimentos e fabricação colaborativa (FabLabs), pois essa é umas das tecnologias mais baratas para impressão 3D. No entanto, também encontramos estas máquinas em plantas industriais devido à sua alta flexibilidade e possibilidade de produção com precisão.
O acabamento dos produtos oriundos desse processo consiste, basicamente, em retirar os suportes gerados pela impressora para dar sustentação ao produto impresso.
Estereolitografia - Stereolithography Aparattus (SLA)
Nesse processo são utilizadas resinas líquidas que se solidificam, camada por camada, para formar o objeto. A solidificação acontece por meio da emissão precisa e pontual de um laser. Conforme o laser percorre o caminho definido pelo software, a resina se solidifica criando a camada. Assim, a plataforma de impressão vertical desce um nível, permitindo que a resina se sobreponha ao produto criando uma nova camada líquida, no qual o processo pode ser repetido.
O acabamento nesse processo consiste em limpar o produto, retirando a resina sobressalente, e colocá-lo em um forno específico para a cura total da resina.
Embora esse seja um dos métodos mais precisos do mercado, em geral seus produtos precisam de tratamento posterior devido à sua fragilidade.
Sinterização a laser - Selective Laser Sintering (SLS)
Esse método utiliza dióxido de carbono a laser para sinterizar pós poliméricos e outros compósitos, criando, assim, camadas precisas de material sólido.
Com essa técnica é possível processar polímeros, cerâmicas e areia de fundição e criar, diretamente na impressora 3D, produtos ou moldes para fundição de produtos em metal.
Sinterização Direta de Metal Por Laser – Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
A Sinterização direta de metal por laser é um dos métodos mais revolucionários por ser capaz de sinterizar pós metálicos e por apresentar acabamento e resistência mecânica similares a de processos como forjamento e usinagem. Essa técnica vem sendo utilizada nas indústrias aeroespacial e médica, além de outros segmentos.
Na indústria aeroespacial, é usada em centenas de aplicações, de componentes de turbinas a partes de cintos. Isso porque essa tecnologia permite produzir peças com a mesma resistência mecânica das peças produzidas por meio de processos tradicionais, porém comdesign mais orgânico e mais leve (redução em 1/3 do peso).
Otimização na Manufatura
Normalmente, os blocos hidráulicos são produzidos por usinagem. São compostos por aço inox ou liga de alumínio, usinados e, posteriormente, furados de forma a criar a passagem para os fluidos. Devido ao seu design curvilíneo, após as furações, é necessária aplicação de tampões em alguns pontos, a fim de garantir o caminho ideal para o fluido. Esse processo, além de consumir bastante matéria-prima, requer adição de material para os tampões e ferramental específico no processo de furação.
Com o desafio de reprojetar um coletor de bloco hidráulico a fim de reduzir a massa do bloco, uma empresa especializada em usinagem de precisão utilizou a manufatura aditiva. Durante o processo, verificou-se a possibilidade de otimizar o percurso para aumentar a eficiência do fluxo de fluidos.
No novo projeto, o bloco produzidos por manufatura aditiva proporcionou:
· Aumento da eficiência do fluxo de fluidos em até 60%;
· Redução expressiva de massa em até 79%;
· Redução das ferramentas e dispositivos;
· Liberdade total de projeto e flexibilidade de adaptações;
· Construção de peça única, menos oportunidades para os defeitos;
· Compatibilidade com o projeto anterior.
Manufatura digital
Manufatura Digital é a utilização de ferramentas e softwares de modelagem tridimensional desde o produto até o processo produtivo. Com o uso dessas ferramentas, é possível realizar análises e simulações a fim de identificar melhorias e otimização dos processos de manufatura em estudo.
O ciclo de um processo da Manufatura Digital engloba os conceitos de Planejar, Simular e Validar. Ou seja, o planejamento eficiente do processo, a simulação do processo em ambiente virtual e a validação dos resultados simulados com base nas metas de produção.
Esse ciclo traz as seguintes vantagens para a indústria:
· Otimização do planejamento do processo e, consequentemente, a redução dos custos;
· Redução do tempo de startup (entrada em produção) do processo em desenvolvimento;
· Redução dos custos de protótipos e melhoria da qualidade com a utilização de modelos digitais (Digital Mockup) e simulação das linhas de manufatura;
· Integração das fases de desenvolvimento do projeto (Engenharia Simultânea) devido a possibilidade de trabalho colaborativo entre as equipes de projeto do produto e de planejamento da produção;
· Validação dos processos de manufatura devido a utilização de simulações e análise dos resultados com a implementação das melhorias antes do início da produção.
Todas essas vantagens fazem com que a empresa tenha melhor poder de resposta em relação às demandas de mercado e por consequência seja ágil em seus processos.
O desenvolvimento da Manufatura Digital teve origem em conceitos tais como:
· Desenho para a Manufaturabilidade - DFM;
· Manufatura Integrada;
· Manufatura Flexível;
· Lean Manufacuring;
· Desenho e Colaboração de Processos.
Modelo virtual tridimensional do produto
O modelo virtual tridimensional do produto a ser produzido, conhecendo suas partes e os processos de fabricação e montagem. Nesta fase é possível simular o funcionamento cinemático do produto (caso exista) e as resistências mecânicas de seus componentes com relação aos esforços aplicados em seu uso final.
Modelo virtual dos equipamentos
O modelo virtual dos equipamentos necessários ao processo e a aplicação da cinemática de suas partes. Caso o equipamento seja uma máquina de usinagem CNC, será possível implementar na máquina um pós-processador de forma a simular os processos de usinagens, levando em conta todas as características de usinagem no modelo.
Geralmente, os modelos de robôs podem ser fornecidos pelos fabricantes ou adquiridos nas bibliotecas dos softwares.
Modelo virtual da célula
O modelo virtual da célula ou processo de manufatura utilizando os equipamentos, dispositivo, máquinas, robôs e infraestrutura como bancadas, áreas de armazenamento, esteiras etc.
Projetos de Engenharia
A modelagem tridimensional do produto contempla o produto e seus componentes, levando em conta a geometria e suas dimensões. Nesta etapa, existe a possibilidade de análise das interferências de montagem do conjunto, com base nos requisitos do projeto, e a análise cinemática dos movimentos das peças quanto aos graus de liberdade e de deslocamento funcional.
O modelo proporciona a representação em vista explodida, o que permite criar procedimentos de montagem e desmontagem do produto para manutenção, fornecendo detalhes visuais inclusive com movimento entre as peças.
Simulações de Engenharia
Com base nas características geométricas da peça, nas características do material e nas condições de fixação, assim como no esforço atuante, é possível efetuar simulações cujos resultados fornecerão indicadores para aprovação ou reprovação da peça (ou produto) de acordo com a condição de uso em estudo. Geralmente, os modelos virtuais de análise são validados com ensaios das condições reais de uso.
A grande vantagem dos ensaios virtuais é que erros de projeto podem ser detectados nesta fase. Desta forma, a utilização de ensaios de protótipos reais cai drasticamente e, consequentemente, o custo do projeto. Há, ainda, o aumento da qualidade dos componentes analisados.
Simulações de Usinagem CNC
As simulações dos processos de usinagem possibilitam avaliar as melhores estratégias de usinagens, ferramentas, parâmetro, possibilidades de colisões para máquinas em CNC dos tipos Tornos, Centros de torneamento, Centros de usinagens 2, 3 e 5 eixos.
Após a simulação de usinagem, o programa CNC é gerado automaticamente. Esse programa será enviado à máquina CNC para a execução da operação.
Simulações Robóticas
As simulações dos processos robóticos possibilitam analisar as melhores estratégias de movimentação e atuação das ferramentas terminais (garras) durante o processo. Permite identificar as possibilidades de colisões com elementos do próprio processo, assim como em processos anterior ou posterior numa integração com diversos módulos fabris. Após o teste e a análise, toda a programação gerada na simulação virtual poderá ser transmitida ao processo real. Caso se planeje alterações no processo, estas poderão ser simuladas virtualmente e retransmitidas sem a necessidade de parada do processo produtivo.
Simulações dos Processos Produtivos
Nas simulações dos processos produtivos são utilizados conhecimentos das técnicas de planejamento da produção, como o Lean Manufacturing, de forma a obter o processo mais produtivo. Podem ser considerados o produto a ser produzido, suas partes, o volume de produção solicitado, os equipamentos, tempos de máquina, tempos de parada, a modificação de layouts ou outros parâmetros.
Simulações Manufatura Digital
O processo de simulação da Manufatura Digital conecta todos os conhecimentos da virtualização: modelamento tridimensional de produtos, componentes, máquinas, programações de unidades de usinagem, programações de sistemas robotizados necessários ao processo produtivo e as informações da análise da produção como o layout e tempos de processos, por exemplo.
No comissionamento virtual é utilizado o modelo virtual do processo ligado diretamente ao controlador lógico programável (CLP), controlando equipamentos automatizados, robôs, equipamentos de segurança, sensorização do sistema. Desta forma, é possível analisar e validar novos programas de controle do processo, além de corrigir falhas e efetuar alterações, testando-as.
A realidade aumentada - RA vem sendo utilizada no processo produtivo para ampliar o acesso à informação sobre máquinas, equipamentos, produtos e processos. Utilizando os óculos, como mostrado no vídeo a seguir, o colaborador poderá obter informações sobre a máquina, acessar seu manual e, ainda, contatar, por meio de vídeo-chamada, um especialista para ajudá-lo.
A Realidade virtual permite recriar, virtualmente, ambientes físicos e inserir elementos que levam o indivíduo, que imerge nesses ambientes, a simular experiências e sensações muito próximas àquelas vivenciadas em ambientesreais.
Entre as vantagens proporcionadas por esses ambientes virtuais, estão a integridade da saúde e da segurança do indivíduo, a preservação de máquinas e equipamentos e a oportunidade de testar inovações sem custo com mão de obra, matéria-prima e energia, entre outros.
Por exemplo, a análise de projetos em ambientes de projeção tridimensional permite aos analistas, especialistas e engenheiros uma visão geral de detalhes, erros e oportunidades de melhoria.
A RV é utilizada também em treinamentos. As tarefas de grande periculosidade em ambientes reais ou de alto custo são problemas no treinamento de pessoas. Com a utilização de ambientes virtuais, o indivíduo estará em um ambiente similar ao real e poderá simular movimentos e decisões sem correr riscos. Como exemplo, podemos citar os simuladores de voo para a aviação, os de autoescolas para treino de direção de veículos, no processo de habilitação de novos motoristas e os simuladores para condutores de trens.
Digital Twin, ou Gêmeo Digital, em português, pode ser definido como uma réplica virtual de ativos, processos e sistemas de uma empresa. Essa réplica combina os dados digitais e operacionais gerados nessa empresa em uma plataforma de software que permite simulações e análise. Com base na análise dos dados gerados nas simulações de processos reais ou de processos futuros (com mudanças que se pretende implementar), por exemplo, a empresa pode tomar decisões que resultarão em melhoria na produção, redução nos custos, inovação em produtos e processos etc.
O gêmeo digital integra processos e tecnologias como a Internet das coisas, Big Data, Análise de dado e, principalmente, Inteligência Artificial (com o aprendizado de máquina) uma vez que as premissas dessa réplica virtual são o aprendizado e a atualização contínuos para respostas em tempo real.
Você viu que as máquinas possuem sensores que captam e enviam dados. O aprendizado do gêmeo digital se baseia nesses dados fornecidos pelas máquinas, equipamentos e ambiente conectados, nas informações inseridas pelos colaboradores envolvidos no processo (engenheiros, técnicos, especialistas) e até mesmo de outras máquinas semelhantes que possam ter sido usadas ou que possam vir a ser usadas no processo (para comparação de desempenho, por exemplo).
Nesse aspecto, ao integrar dados históricos do uso passado da máquina ao modelo digital, a empresa poderá tomar decisão assertiva quanto a substituição de ativos físicos, sistemas ou procedimentos para otimizar o seu processo de fabricação.
Como você tem visto, as empresas buscam, cada vez mais, estratégias para se tornarem competitivas frente a um mercado altamente dinâmico. O aumento dos lucros já não está mais relacionado ao aumento do preço do produto, e sim à diminuição dos custos empresariais.
Frente às mudanças globais e à concorrência empresarial, velhos conceitos e bases estratégicas que visavam apenas a otimização dentro da fábrica começaram a ser questionados e modificados por meio de novas estratégias que envolvem todos os integrantes das cadeias de suprimentos, dando margem a um horizonte de possibilidades para redução de custos.
Um dos conceitos que abordam mudanças estratégicas da forma de atuação das empresas na elaboração de seus produtos é a integração de sistemas de maneira vertical e horizontal.
Este conceito é utilizado para apresentar como os dados, processos, produtos, sistemas de produção e sistemas de gestão se integram na Indústria 4.0.
É, também, um desafio para as empresas que estão, ou estarão, na transição para 4.0, uma vez que seus sistemas de TI - Tecnologia da Informação e de TA - Tecnologia da Automação ainda não estão integrados, e mais que isso, não foram pensados para serem integrados em sua totalidade.
Pois, com o advento da Industria 4.0, cresce a demanda pela comunicação entre sistemas para coleta, compartilhamento e análise de dados.
A integração dos sistemas, mapeando todos os processos da empresa, como o desenvolvimento de produtos, melhoria de produtos já existentes, planejamento estratégico e processos produtivos é chamada de verticalização. Ela permite uma visão sistêmica do funcionamento da empresa.
Já o processo de comunicação realizado entre a empresa e suas cadeias de valor e de suprimentos, ou seja, seus fornecedores, prestadores de serviço, clientes e outros agentes externos à planta é chamado de horizontalização. Nessa integração, é possível rastrear o ciclo de vida do produto, desde a matéria-prima que o compõe até a sua reciclagem.
Embora haja diferença entre a integração vertical e a horizontal, o objetivo em ambos os processos é transformar em informação de valor os dados gerados pelos sistemas e processos que envolvem a fabricação e a comercialização de produtos.
Os maiores benefícios que estas estratégias de integração oferecem para a indústria são a flexibilidade na produção e agilidade na tomada de decisão.
As tecnologias habilitadoras nesses processos são:
· A Robótica avançada: os sensores e atuadores instalados nas máquinas captam e enviam para a rede os dados de seu funcionamento;
· A Internet das coisas: que permite que os dados enviados pelos sensores e atuadores sejam disponibilizados na rede;
· O Big Data: que agrega, em tempo real, dados dos ambientes interno e externo;
· A Computação em nuvem: que viabiliza o armazenamento de dados, informação e sistemas fora dos domínios da fábrica;
· A Segurança digital: que garante que a segurança dos equipamentos, dos sistemas e da informação que transita entre máquinas. Essa segurança é fundamental, pois mais do que roubar dados, dentro do contexto da Indústria 4.0, um invasor pode parar máquinas, operá-las remotamente e expor os trabalhadores da planta a riscos físicos. Você estudará esse tema no próximo módulo.
Os dados gerados nos processos externos podem influenciar os processos internos e impactar custo, tempo e até mesmo qualidade na produção de um produto.
Mas, para que a empresa tire o melhor proveito das informações fornecidas pelas suas cadeias de suprimentos e de valor, é preciso que tenha uma visão detalhada de seu ambiente interno, o que é possível por meio da integração vertical.
Na verticalização, há integração dos sistemas de TI em vários níveis hierárquicos, passando pela interface com os dispositivos físicos do chão da planta (sensores e atuadores), pelo nível de controle de máquinas e sistemas, linha de produção, planejamento da produção, controle de qualidade, até os processos de negócios nas áreas de marketing e de vendas.
As soluções e tecnologias típicas na integração vertical são:
· CLP - Controlador lógico programável: Responsável por controlar os processos de fabricação. Se encontra no nível de controle.
· SCADA - Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados: Permite monitorar, controlar e supervisionar várias tarefas no nível de produção.
· MES - Manufacturing Execution System: É um sistema de execução de fabricação para o gerenciamento do nível operacional da planta.
· ERP - Enterprise Resource Planning: É o sistema inteligente da empresa que opera no nível de planejamento empresarial, o nível mais alto da hierarquia.
Mas, para que essa conexão ocorra, é preciso que a linguagem de comunicação e a arquitetura sigam um padrão. O modelo de arquitetura utilizado pela indústria 4.0 é o RAMI 4.0 (Reference Architectural Model for Industrie 4.0) que propõe que a informação seja organizada em camadas, desde o nível mais baixo (o sensor instalado na máquina, por exemplo) até o nível mais alto, o de gestão.
Em outras palavras, todos os componentes e áreas estão conectados, o que permite que os dados compartilhados por máquinas, equipamentos e sistemas sejam transformados em informação que suportam as tomadas de decisão.
Os investimentos vão além de capital financeiro na aquisição de tecnologias e dispositivos. Para tornar a empresa digital, ágil e inteligente, é preciso investir também no desenvolvimento de novas competências no capital humano e na criação de uma cultura digital na empresa, como mostram os cenários nacional e internacional.No âmbito nacional, a pesquisa Indústria 4.0: Digitização como vantagem competitiva no Brasil, conduzida pela PwC Brasil em 2016, apontou que:
No Brasil, apenas 9% das empresas brasileiras se classificam como avançadas em níveis de digitização, mas elas apostam em um avanço acelerado nessa área nos próximos anos. Em 2020, a expectativa é que o percentual salte para 72%. 
A integração de tecnologias habilitadoras da Indústria 4.0 requer mão de obra qualificada em áreas como TI, robótica, eletroeletrônica, mecânica e mecatrônica.
Para os entrevistados pela PwC Brasil,
O investimento nas tecnologias adequadas é importante, mas o sucesso ou o fracasso vai depender de diversos fatores relacionados a pessoas. As empresas precisam desenvolver uma cultura digital robusta e ter certeza de que a mudança é impulsionada por uma liderança clara da alta administração. Também precisam atrair, reter e treinar funcionários para trabalhar em um ambiente digital dinâmico. 
Alinhado ao contexto global,
Nós compreendemos que a manufatura avançada é mais do que adotar novas tecnologias, como inteligência artificial e big data. Exige, entre outros aspectos, a qualificação dos profissionais que vão programar máquinas complexas, implantar novos processos e, principalmente, tomar decisões embasadas e em tempo real. Passa também pelo investimento em inovação, essencial para que o Brasil participe das principais cadeias globais de valor. 
(Carta da Indústria 4.0)
No Brasil, algumas empresas já caminham nessa direção. Avance para saber mais.
Evolução profissional
De acordo com o estudo realizado em 2015 pela Boston Consulting Group, a configuração da Indústria 4.0 provocará redução significativa nos postos de trabalho de funções repetitivas e mais braçais. Em contrapartida, a indústria abrirá postos de funções estratégicas, que exigirão dos profissionais conhecimento mais técnico e especializado para lidar com máquinas e sistemas inteligentes e comportamento mais flexível para trabalhar em equipe e tomar decisão rapidamente.
Em outras palavras, é preciso que os profissionais de hoje se capacitem para mudar de posição na empresa, pois com a previsão de um aumento de 6% no número de empregos até 2025 na Alemanha, onde a indústria 4.0 surgiu, espera-se que o mundo acompanhe a tendência de desenvolvimento humano, profissionais de mecatrônica com habilidade em software, por exemplo, da mesma forma como acompanhou o desenvolvimento de sistemas e equipamentos na planta.
Mesmo antes de serem divulgados os resultados desse estudo, no Brasil, as empresas já se articulavam frente às mudanças anunciadas pela Indústria 4.0. Um exemplo dessa articulação é o Programa de Desenvolvimento da Cadeia Aeronáutica criado em 2014 com o objetivo de melhorar os processos e aumentar a competitividade das empresas brasileiras do setor aeronáutico. Apoiado pela Embraer e pela Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial – ABDI, o programa envolve 75 empresas da cadeia de fornecedores da indústria aeronáutica brasileira e visa capacitar os colaboradores dessas empresas nas novas tecnologias e soluções usadas na indústria 4.0.
Outro exemplo vem das indústrias do setor de alimentos e bebidas que estão capacitando os seus colaboradores com cursos complementares a fim de que profissionais aumentem sua visão sobre a área em que atuam, ultrapassando as barreiras de suas funções na planta e colaborando em outras funções.
Segurança digital
Para a sociedade contemporânea, a informação é um dos recursos mais valiosos. No mundo corporativo, é fundamental nos processos de tomada de decisão, na criação de novos produtos e na competitividade.
A informação é considerada um ativo de valor para a organização. Como um ativo, deve ser protegida. É com essa premissa que a área de segurança digital atua, com o objetivo de proteger as informações disponíveis para a organização, minimizando os riscos, estabelecendo controles, ou seja, estabelecendo uma política de segurança da informação.
Quando pensamos em informação, nos veem em mente os arquivos que estão em uma empresa. Na verdade, podemos adicionar ao termo informação qualquer forma de armazenamento e manipulação de dados. Logo, são exemplos de informação: e-mails, vídeos, gravações de reuniões etc. E no contexto da indústria 4.0, podemos citar os dados oriundos dos dispositivos.
Todas as empresas, independentemente de seu tamanho, possuem e manipulam informação, devendo, portanto, adotar algumas ações básicas para a proteção dessa informação.
Na área de Segurança da Informação existem normas que norteiam os procedimentos a serem aplicados. Uma dessas normas é a NBR ISO/IEC 27002. Trata-se de um código de prática para a gestão de segurança da informação. Para a ISO, a segurança da informação pode ser definida como a
Proteção da informação contra vários tipos de ameaças para garantir a continuidade do negócio, minimizar riscos, maximizar o retorno sobre os investimentos e as oportunidades de negócio. 
Vamos analisar um pouco essa definição. Temos que segurança da informação é a proteção contra vários tipos de ameaças. Mas, quais são estas ameaças?
Quando uma ameaça se concretiza, ou seja, quando ocorre um incidente de segurança da informação, a empresa pode ter que lidar com diversas consequências, tais como a perda de clientes e contratos, danos à imagem, perda de produtividade, perda de propriedade intelectual etc.
Em outras palavras, nestes ataques, os criminosos podem alterar informações das bases de dados afetando processos, controlando máquinas e equipamentos das indústrias. Um vírus pode desligar dispositivos de proteção, alterar o comportamento de robôs, violar as variáveis de processos como pressão, temperatura, nível, velocidade. Isso tudo, além de causar danos financeiros à empresa, pode causar danos físicos aos colaboradores.
Por isso, em empresas cada vez mais digitalizadas que utilizam IIoT, Nuvem, Integração de Sistemas, Big data, Inteligência Artificial e sistemas cyber-físicos, a segurança da informação representa a segurança de todo o processo.
Uma vez que se um hacker invadir os sistemas de uma indústria 4.0, ele poderá acessar mais do que informações, poderá controlar todos os sistemas produtivos e impactar toda a cadeia produtiva, tanto interna (vertical) como externa (horizontal). As consequências de não se implantar e seguir os procedimentos de segurança podem ser catastróficas.
Nesse sentido, as medidas de segurança da informação são fundamentais para garantir que as empresas sejam ágeis e competitivas.
A Indústria 4.0 é caracterizada pela alta conectividade dos dispositivos e equipamentos, por isso, a segurança digital passou a ser um elemento primordial com a expansão das redes de comunicação. Em um cenário de indústria 4.0, há a integração total da planta, de todos os setores e sistemas, e conexão com a Internet para uso de serviços de computação em nuvem.
Um ponto fundamental para garantir a segurança nas redes industriais é a proteção de acessos. A partir da proteção de acessos físico e lógico aos dispositivos, a empresa pode estabelecer serviços de monitoramento e políticas para minimizar ameaças aos dados no ambiente industrial.
A indústria 4.0 utiliza tecnologias como Internet das Coisas, Big Data e Computação na nuvem, o que permite alta conectividade. No entanto, os dispositivos conectados podem ser alvos de ataques e de roubo de dados da indústria uma vez que a maioria das redes industriais não foi planejada para ambientes conectados. Por isso, a exposição do ambiente à Internet aumenta o risco de invasão, roubo de dados, controle não autorizados etc.
No cuidado com a segurança da informação, algumas práticas são tradicionais e muitas pessoas as utilizam, outras são utilizadas apenas por especialista de Tecnologia da Informação.
Backup
A cópia de segurança, conhecida como backup, é imprescindível para garantir a disponibilidade da informação em caso de dano na armazenagem ou de roubo.
O backup pode ser guardado tanto em dispositivos físicos como na nuvem.
Redundância de sistemas
Ainfraestrutura replicada, seja ela física ou virtual, permite que outro sistema entre em operação caso um servidor ou equipamento falhe, de forma rápida, sem que o usuário perceba.
Eficácia no controle de acesso
O controle de acesso à informação pode ser físico ou lógico. Exemplos de controle físico são câmeras de monitoramento e travas especiais nas portas com uso de senhas. E como exemplo de controle lógico podemos citar o Firewall, que aplica protocolos de segurança sobre o tráfego de informação de um máquina para outra.
A tendência para a indústria 4.0 é o uso de assinatura digital, que identifica e autentica o usuário por meio da impressão digital, da voz, do rosto inteiro ou da íris dos olhos.
Contratos de confidencialidade
Os colaboradores de uma organização, contratados ou terceirizados podem ter acesso a informações confidenciais.
O contrato de confidencialidade é uma forma de preservar a segurança das informações.
Politica de segurança da informação
Conhecida como PSI, é a diretriz da organização em matéria de segurança da informação. Por meio desse documento, os colaboradores tomam ciência das normas comportamentais de uso da tecnologia. Essas normas visam impedir invasões, vírus, fraudes, sequestro de informações etc.
Atualização tecnológica
Os equipamentos tecnológicos sofrem evolução contínua e, portanto, é necessário substituí-los constantemente, respeitando as questões técnicas e de qualidade. A atualização tecnológica torna a infraestrutura mais segura, menos vulnerável à ataques.
Dados roubados
Em 2013, a empresa de segurança LastPass, especialista em senhas, descobriu que dados (nomes e senhas) de mais de 152 milhões de usuários de contas da Adobe Systems haviam sido disponibilizados na internet, fato que foi considerado, na época, o maior vazamento de informação da história.
Do mesmo modo, 2,8 milhões de dados bancários ficaram disponíveis, além dos códigos-fonte de aplicativos como ColdFusion, Adobe Acrobat e Reader. A empresa negou essa proporção, alegando que a invasão havia comprometido apenas 38 milhões de contas.
Segundo a LastPass, entre os dados furtados havia endereços de e-mail, senhas criptografadas e dicas de senhas armazenadas sem proteção nos perfis dos usuários. Os dados roubados foram disponibilizados em um site acessado por cybercriminosos.
No entanto, a Adobe explicou que nem todas as contas encontradas no site eram genuínas, porque o principal data center visado era um sistema de backup que estava prestes a ser substituído. Ou seja, pelo menos 25 milhões de registros eram de e-mails inválidos, e 18 milhões de senhas não tinham efeito. O porta-voz da empresa disse, ainda, que uma parte considerável dos perfis encontrados era fictícia, tendo sido usada por seus criadores com o intuito de baixar softwares gratuitos e outros recursos.
Mesmo assim, os perfis “reais” poderiam ser usados para práticas criminosas de phishing, para obtenção de dados bancários, por exemplo.
Paul Stephens, diretor da ONG Privacy Rights Clearinghouse, dedicada à segurança da informação, ressaltou que se uma pessoa tinha uma conta antiga da Adobe que não usava mais, mas utilizava a mesma senha para operações na intranet, criminosos poderiam roubar informações utilizando essa senha.
Para Joe Siegrist, diretor executivo da LastPass, a Adobe não protegeu adequadamente as senhas dos usuários porque deixou de usar um código extra junto a cada senha criptografada (técnica conhecida como “salgar a senha”) antes de armazená-la no data center. Pelo menos 108 milhões de contas tinham senhas fáceis, e 1,9 milhões usavam praticamente a mesma senha, completou Siegrist.
Agora que você já tem uma visão geral da Indústria 4.0 e de como as tecnologias habilitadoras se integram à ela, deve estar se perguntando como aplicar esse conhecimento em sua empresa.
Como você viu, as tecnologias habilitadoras permitem à empresa acelerar a tomada de decisão e as mudanças nos processos. Tornando a empresa ágil em um processo de aprendizagem contínua.
Você percebeu, também, que a tecnologia, por si só, não representa a solução. É preciso que tanto a sua escolha como a sua aplicação seja aderente às necessidades da empresa, e que os colaboradores estejam preparados para o novo cenário, dominando a tecnologia, se adaptando às mudanças nos processos e se antecipando às demandas do mercado.
A escolha das ferramentas deve ser baseada na visão abrangente sobre todas as áreas do negócio, as oportunidades de melhoria e o planejamento para atingir seus objetivos de curto, médio e longo prazos. Em outras palavras, a empresa deve ter muito claro onde está, aonde quer chegar e o que precisa para chegar lá.
CONCLUSÃO
A indústria 4.0 ou 4º revolução industrial já chegou, é realidade para nós futuros engenheiros, teremos que trabalhar sempre voltados para automação, controle de processos, analise de dados, programação de funções em máquinas binárias, o desafio nesse momento é fazermos a transição da melhor maneira possível viabilizando os recursos, tornando menos complexo a integração entre os sistemas, mantendo as comunicações em tempo real.
Na verdade, a indústria 4.0 não se trata apenas de máquinas automatizadas ela vai muito além, a conexão em tempo real entre todos os pontos do sistema, o conjunto de informações relevantes e essenciais. Podemos comparar a indústria 4.0 como um veículo equipado com muita eletrônica embarcada, onde todas as informações são importantes para que todos os sistemas operem de forma adequada e a comunicação é estabelecida por apenas um sistema denominado REDE CAN, ali todas as informações são lançadas com grau de prioridade e todo os módulos tem acesso a essas informações e tomam suas decisões com base nisso.
Só que agora imaginem essa comunicação bem estabelecida como em um carro, mas em um gigante complexo industrial com quilômetros em área construída, com máquinas operando a todo momento, 24 horas por dia e 7 dias por semana, não podendo existir nenhuma falha de comunicação e profissionais da indústria monitorando em tempo real o que se passa em cada máquina, vendo os controles de qualidade autônomos trabalhando e gerando refugo, escória, essa será a indústria 4.0.
O conceito da indústria 4.0 já chegou, porem ainda estamos longe do ideal para que ela opere perfeitamente com o mínimo de recursos humanos para alimentar as máquinas e remover os produtos prontos ao final das linhas de produção.
Será maravilhoso como engenheiro poder participar dessa grande revolução industrial.