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Fundamentos da Indústria 4.0 Ítalo Coutinho 2020 Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 2 de 74 Fundamentos da Indústria 4.0 Ítalo Coutinho © Copyright do Instituto de Gestão e Tecnologia da Informação. Todos os direitos reservados. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 3 de 74 Sumário Capítulo 1. Histórico das Tecnologias Emergentes ............................................... 4 1.1. Histórico das Revoluções Industriais ............................................................... 4 1.2. Estudo de Caso – Indústria 4.0 e Gerenciamento de Projetos ...................... 10 Capítulo 2. Conceitos Importantes ...................................................................... 24 2.1. Concepção da Manufatura Avançada ............................................................ 24 2.2. Paradigma da Manufatura Avançada ............................................................. 26 2.3. Elementos da Indústria 4.0 ............................................................................ 30 Capítulo 3. Elementos das Tecnologias Emergentes .......................................... 37 3.1. Sensorização ................................................................................................. 37 3.2. Modularização ................................................................................................ 44 3.3. Tempo real ..................................................................................................... 48 3.4. Virtualização .................................................................................................. 53 Capítulo 4. Aplicações das Tecnologias Emergentes .......................................... 57 4.1. Cibersegurança e CloudComputing .............................................................. 57 4.2. Inteligência Artificial ....................................................................................... 59 4.4. Drones e Sistemas Ciberfísicos / Robótica .................................................... 62 4.5. Big Data Analysis & Impressão 3D ................................................................ 64 4.6. Realidade Virtual / Realidade Aumentada ..................................................... 66 4.7. Big Data / Inteligência Artificial ....................................................................... 68 Referências................ .............................................................................................. 72 Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 4 de 74 Capítulo 1. Histórico das Tecnologias Emergentes 1.1. Histórico das Revoluções Industriais Neste módulo: Como ocorreram as Revoluções Industriais; Contribuição incremental de cada Revolução Industrial; Impactos na Tecnologia e Sociedade. A indústria e formas produtivas no geral são altamente influenciadas pelos desenvolvimentos científicos de uma época e, por sua vez, tem grande impacto no contexto socioeconômico e modelos de negócio globais. Ao se descobrir potencial energético do carvão, foram desenvolvidas simultaneamente máquinas à vapor e locomotivas, que impulsionaram o crescimento da indústria têxtil e do ferro na Inglaterra como nunca dantes visto, marcando o período da primeira revolução industrial, de 1760 a 1840. Em meados do século IX, o uso da eletricidade em cadeias produtivas impulsionou dentre outras as indústrias química, elétrica, de petróleo e acho, marcando a segunda revolução industrial, de 1850 a 1945. Entre o período pós Segunda Guerra e a virada do milênio, o mundo foi marcado por profundas transformações na produção e na velocidade do desenvolvimento de novas tecnologias, impulsionando o uso da internet, tecnologia de comunicação e digitalização, período conhecido como a terceira revolução industrial, de 1950 a 2000 (MALANIMA, 2018). Atualmente, o mundo vive um período de transformação marcado pela interseção de diversos avanços tecnológicos oriundos das revoluções industriais anteriores, no qual uma grande rede de equipamentos possui tecnologia embarcada com rede capaz de coletar e transmitir dados (SANTOSet al., 2016), fenômeno chamado de internet das coisas, e bases de dados extensos e complexos (CETAX, 2018), também chamados de big data, têm possibilitado o desenvolvimento de inteligência artificial (KATO, 2018). A inteligência artificial, por sua vez, aumenta a Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 5 de 74 tendência à automatização total de fábricas e possibilita o desenvolvimento de formas de produção totalmente independentes de operários humanos. Uma grande quantidade de tecnologias como Inteligência Artificial, Learning Machine, Big Data Analytics e outras, estão revolucionando a economia em todo o mundo (COUTINHO, 2018). Tal contexto marca a quarta revolução industrial, também chamada de Indústria 4.0, termo cunhado pela primeira vez na Feira Industrial da Alemanha em 2011, a “Feira Hanôver”, que se difere das demais por sua velocidade, alcance e impacto nos sistemas (MALANIMA, 2018). Com o mundo cada vez mais interconectado, a velocidade de disseminação e aplicabilidade de conhecimento e tecnologia é consideravelmente maior. Com maior alcance e velocidade de disseminação de informação, mudanças rápidas e profundas no comportamento dos indivíduos da sociedade são observadas, e dessa forma, são exigidas transformações intensas nas formas de negócio e o relacionamento interpessoal dentro da empresa e com o cliente (SCHWAB, 2016). Com a instauração da Indústria 4.0, as empresas buscam, cada dia mais, se enquadrar ao cenário, modificando seus processos e priorizando o uso das tecnologias da informação e de métodos ainda mais inovadores em cadeias produtivas, desde a chegada de oportunidades de negócio ao acompanhamento de entregas junto ao cliente. Com o uso das diretrizes da nova revolução industrial, o principal foco das empresas é a redução de custos, flexibilidade de produção e personalização de produto. Com isso, todas as decisões do negócio devem ser embasadas em dados e métricas, com definição de ações e previsão de riscos (AEVO, 2018). Assim, grandes mudanças também são necessárias na gestão dos negócios, que deve considerar novas tecnologias de informação e comunicação. Segundo Renato Borges (2018), a interconectividade da Indústria 4.0 exige que o ambiente interno e externo ao projeto seja constantemente considerado, já que se o mercado e a economia mudam, o seu projeto deve mudar. O gestor de projetos, assim, precisa ser dinâmico, cada vez mais interagir com atores/ferramentas existentes nesse Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 6 de 74 cenário com visão sistêmica do negócio, entendendo o funcionamento dos processos/automações e as necessidades atuais dos consumidores/cliente (GUIA: Gestão de Projetos na Industria 4.0). Dessa forma, uma nova capacidade é exigida dos gestores, a bussiness inteligence, que se refere ao processo de coleta, organização, análise, compartilhamento e monitoramento de informações que oferecem suporte a gestão de negócios (CHEN et al, 2012). Só assim, diante dos desafios da 4° Revolução Industrial, as organizações podem se moldar constantemente às inovações e necessidade da sociedade, estando à frente de sua concorrência e ganhando espaço no mercado (MALANIMA, 2018). Com a necessidade de sobrevivência das empresas atuais, que confrontam as exigências das rupturas trazidas pela quarta revolução industrial, novos paradigmas e desafios são lançados no gerenciamento de projetos, e dessa forma, seus gestores devem constantemente se adaptar. Sendo assim, o presente estudo tem como objetivo fomentar a discussão do desenvolvimento de habilidades e competências de um gestor de projeto, no atual contexto a partir da análise de questionários feitos a profissionaisatuando como gerentes de projetos e/ou gerentes funcionais em variados setores econômicos. Indústria 4.0: Uma Revolução silenciosa começou “Devemos lidar rapidamente com a fusão do mundo on-line e do mundo da produção industrial. Na Alemanha, chamamos de Indústria 4.0.” (Angela Merkel, chanceler Alemã) Estudamos nos livros de história sobre a chamada Revolução Industrial. Ela nos é apresentada como a mais importante e muitas vezes como a única. Não é bem assim que as coisas aconteceram, outros eventos importantes fizeram com que déssemos saltos de produtividade e tem muita coisa pela frente. A Revolução Industrial versão 1.0, de como conhecemos hoje as fábricas veio em um momento crucial para a ruptura de paradigmas e métodos fabris. Ocorreu na Inglaterra, no final do século XVIII início do XIX, logo mais em outros países como França, Bélgica, Holanda, Rússia, Alemanha e Estados Unidos ingressaram nesse Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 7 de 74 novo modelo de produção industrial. Essa revolução ficou caracterizada por duas importantes invenções que propunham uma reviravolta no setor produtivo e de transportes, a ciência descobriu a utilidade do carvão como meio de fonte de energia e a partir daí desenvolveram simultaneamente a máquina a vapor e a locomotiva. Ambos foram determinantes para dinamizar o transporte de matéria-prima, pessoas e distribuição de mercadorias, dando um novo panorama aos meios de se locomover e produzir. A partir de 1870, uma nova onda tecnológica sedimentou a chamada Indústria 2.0. Constata-se o emprego da energia elétrica, o uso do Motor à explosão, os corantes sintéticos, a produção do aço e do alumínio em escala e a invenção do telégrafo estipularam a exploração de novos mercados e a aceleração do ritmo industrial. Vários estudiosos iniciaram pesquisas para a elaboração de teorias e máquinas capazes de reduzir os custos e o tempo de fabricação de produtos que pudessem ser consumidos em escalas cada vez maiores. Neste período também deu início ao Fordismo, termo criado por Henry Ford, em 1914 refere-se aos sistemas de produção em massa e gestão. A década de 70, com toda sua efervescência na Cultura e Artes, trouxe consigo a Indústria 3.0. Foi um processo de inovação tecnológica marcado pelos avanços no campo da Informática, da Robótica, das Telecomunicações, dos Transportes, da Biotecnologia e química fina, além da Nanotecnologia. A Revolução Técnico-Científica e Informacional também é caracterizada por uma profunda alteração nos modos de produção adotados pelas grandes corporações no mundo. Antes, o modelo taylorista/fordista era predominante, caracterizado pela produção em massa das mercadorias. Atualmente, o que está em voga é o modelo Toyotista, em que a produção é flexibilizada de acordo com a demanda (just in time), o que exige uma melhor tecnologia e, obviamente, uma menor quantidade de trabalhadores, que devem ser cada vez mais capacitados para operar sistemas de produção cada vez mais complexos e sofisticados. Conectividade Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 8 de 74 A massificação das telecomunicações, mais diretamente smartphones, acesso à Internet e a indústria da aplicativos, trouxe imensos reflexos para a indústria, que mais uma vez teve que se adaptar. Esta rede de dispositivos de acesso, pessoas e sistemas de informação está nos preparando para a “internet das coisas”, um tema já popular em discussão. O aumento na interconectividade não somente afetará nossas vidas pessoais, a tecnologia da informação também levará mudanças permanentes para a indústria. A revolução cibernética conta com veículos autônomos dentro e fora das fábricas. Os especialistas concordam: a Indústria 4.0 se tornou realidade. Figura 1 – Etapas das Indústrias. Características importantes: Big Data: Uma mina de ouro africana encontrou maneiras de capturar mais dados de seus sensores. Novos dados mostraram algumas flutuações insuspeitas nos níveis de oxigênio durante a lixiviação, um processo-chave. Fixando esse aumento de rendimento em 3,7 por cento, retorno de até US $ 20 milhões por ano. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 9 de 74 Análise avançada: análise mais detalhada de processos pode melhorar drasticamente o desenvolvimento do produto. Um fabricante de automóveis usa dados de seu website (onde os clientes montam opções de carros) juntamente com dados de compra para identificar opcionais que os clientes estão dispostos a pagar a mais. Com esse conhecimento, ele reduziu as opções em um modelo para apenas 13.000 - três ordens de magnitude menor do que seu concorrente, que ofereceu 27.000.000. O tempo de desenvolvimento e os custos de produção caíram dramaticamente. A maioria das empresas pode melhorar a margem bruta em 30% em 24 meses. Interfaces homem-máquina: A empresa de logística Knapp AG desenvolveu uma tecnologia de picking usando a realidade aumentada. Pickers (funcionários na linha de produção) usam um fone de ouvido que apresenta informações vitais em um visor, ajudando-os a localizar itens mais rápida e precisamente. E com ambas as mãos livres, eles podem construir paletes mais fortes e mais eficientes, com itens frágeis salvaguardados. Uma câmera integrada captura números de identificação de série e de lote para monitoramento de estoque em tempo real. As taxas de erro caíram 40%, entre muitos outros benefícios. Transferência de digital para componentes físicos: a Local Motors constrói carros quase inteiramente com a impressão 3-D. Com um projeto crowdsourced (financiamento coletivo). Eles podem construir um novo modelo a partir do zero em um ano, muito menos do que a média da indústria (que gasta 6 anos). Vauxhall e GM, entre outros, ainda dobram muito metal, mas também usam impressão em 3D e prototipagem rápida para minimizar seu tempo de mercado. Desafios pela frente: Nem todo local tem acesso à Internet. Por isso os gigantes Google e Facebook têm projetos audaciosos para cobrir o planeta com conexões wireless. Ainda há muito o que desenvolver e baratear soluções. Realizar estudos na empresa demanda tempo e tem altos custos, nem todo empresário tem fôlego para isso. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 10 de 74 Uma coisa é certa, rapidamente estaremos prevendo novas formas de trabalho humano, a robótica é uma realidade e a inserção de padrões humanos em seus complexos algoritmos esbarra em preceitos éticos e morais. 1.2. Estudo de Caso – Indústria 4.0 e Gerenciamento de Projetos Neste módulo: Avaliar um estudo sobre maturidade da 4ª Revolução Industrial. Metodologia: O presente trabalho visa, de forma exploratória, promover o melhor entendimento da Indústria 4.0 e de seus impactos no gerenciamento de projetos. Para estudo da real situação das empresas brasileiras no atual cenário, a coleta de dados se deu pela realização de questionários de múltipla escolha de 21 questões a 24 gestores de projetos ou envolvidos em gestão de projetos, como gerentes e coordenadores. A captação de informações através de mídia eletrônica. O questionário foi realizado no Google Forms e disponibilizado através de diversas redes sociais como Linkedin, Blogs e Whatsapp. Após a coleta dos dados, todas as respostas foram analisadas, comparando o referencial teórico com o dia a dia dos entrevistados, dentro dos impactado oriundos da Indústria 4.0. Resultados e discussão: No questionário usado pela pesquisa, as 11 primeiras questões tinham como intuito conhecer o perfil dos entrevistados. As questões de 12 a 21 tiveram o intuito de analisar o cotidiano dos entrevistados sobre a ótica abordada pelo artigo. Sendo assim, a seção resultados e discussão será dividida em 2 subseções, perfil dos entrevistados e Indústria 4.0. Perfil dos entrevistados: Dentre eles, 71% são do sexo masculino, o que aponta ainda a disparidadeentre os sexos, principalmente em cargos superiores (GALE at al,1995), mas ao Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 11 de 74 mesmo tempo aponta crescimento da parcela feminina na área nos últimos anos (QUEIROZ at al, 2014). A grande maioria dos entrevistados tem entre 25 e 39 anos, sendo 29% de 25 a 29 e 36% de 30 a 39 anos, como mostrado na Figura 1. Tal porcentagem não necessariamente representa o cenário atual quanto a faixa etária de gestores em empresas, mas representa a faixa etária de gestores que utiliza mais ativamente redes sociais como ferramenta de trabalho. Como a proatividade e interação com ferramentas inovadoras é uma característica cada vez mais buscada em gestores de projetos e tal característica é mais vista nas novas gerações, este pode ser o motivo pelo qual a idade média de quem ocupa o cargo mais alto de uma empresa passou de 48 a 43 anos em 4 anos em 2009. Tal tendência também é notada para cargos de diretoria no geral, cuja média baixou de 44 para 42 anos (iG SAO PAULO, 2010). Figura 2 – Faixa etária dos entrevistados na pesquisa. Os entrevistados, de acordo com a pesquisa, são em sua maioria, novos em posições de gerência, sendo 21% de 0-1 ano na nova posição, 33% de 2-5 anos e apenas 4% com experiências superiores a 20 anos de gerencia. Além de cargos de gerencia serem mais frequentes a funcionários mais experientes, uma boa explicação para a maioria dos funcionários não ter tanto tempo para gerenciar é muitas vezes a falta de capacitação para cargos de gerencia na situação atual e alto custo de manutenção de posições de gerencia para funcionários que não estão atendendo aos objetivos esperados. Tal situação leva ao conhecido turnover, ou rotatividade de funcionários na empresa, que tem resultados muito negativos para os empresários, pelo alto custo associado a demissões e novos processos seletivos Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 12 de 74 (SEBRAE NACIONAL, 2016). Assim, é provado mais uma vez a importância da capacitação de um gerente de projetos, que assim consegue visualizar a relevância das melhores práticas no mercado e se atualizar quanto a ferramentas de comunicação e trabalho (SANTOS, 2013). Dentre os entrevistados, todos eles têm formação superior em cursos de áreas exatas, 13% tendo cursado Administração, 4% Economia e os demais, Engenharia. Apesar do grande percentual de gestores com formação em engenharia, as empresas nos quais os entrevistados trabalham têm ramos variados, sendo apenas 21% na área de engenharia, mesmo percentual para a área de energia. O ramo da maioria das empresas é o de serviços, 25%, e além dessas três principais áreas, os entrevistados trabalhando em empresas variadas como de comércio, construção, hospitalar, logística, poder público e tecnologia da informação. Dentre os gestores, 65% possuem pós-graduação em gestão de projetos, 17% tem adicionalmente uma certificação PMP e 17% não tem nenhum tipo de certificação. Dentre os que não possuem pós-graduação ou certificação, 75% trabalham em pequeno ou microempresas. A grande maioria dos entrevistados trabalham em empresas de grande ou médio porte, 38% em empresas de grande e 38% em empresas de médio porte e os demais eu empresas de pequeno porte, de poder público ou sociedade sem fins lucrativos. A maioria dos entrevistados estão localizados na região sudeste do pais, 92%, com sua maioria em Juiz de fora, 46%. 58% estão localizados em Minas Gerais, seguidos de 21% em São Paulo, 8% no Rio de Janeiro, apenas na capital, e 4% no Espirito Santo, Vitoria e 8% em Goiás, Goiânia. Apenas 8% trabalha com projetos de até 100 mil, 38% trabalha com projetos de 100 mil a 1 milhão, 50% trabalham com projetos entre 1 a 10 milhões e apenas 4% com projetos acima de 10 milhões. A Indústria 4.0: Na entrevista realizada, 46% dos entrevistados quantificaram como máximo (100%) os impactos perceptíveis da Indústria 4.0 no dia a dia das empresas, Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 13 de 74 seguidos de 33% apontando o impacto como elevado (80%), 17% como médio (60%) e apenas 4% como nulo, como mostrado na Figura 2. Figura 3 – Impactos da Indústria 4.0 no dia a dia das empresas. Quanto aos impactos da Indústria 4.0 na gestão de projetos, 4% dos entrevistados concordam em 100% que os impactos da Indústria 4.0 são notórios no gerenciamento de projetos e consideraram diariamente em sua gestão flexibilidade e adaptabilidade quanto aos impactos impulsionados pelo mercado e valores percebidos pelo cliente. No mesmo quesito, 38% dos entrevistados concordam em 80%, 33% dos entrevistados concordam em 60% e 17% concordam em 40% com a afirmativa, como também mostrado na Figura 3. Figura 4 – Impactos da Indústria 4.0 no gerenciamento de projetos. Dos 24 entrevistados, 75% concordam 100% na importância dos dados de um projeto, na transformação em um repositório de valor para toda a equipe, Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 14 de 74 servindo de base para tomada de decisões estratégicas na execução de outros projetos, como mostrado na Figura 4. Figura 5 – A importância dos dados de um projeto como ferramenta gerencial. Dando sequência ao assunto, 25% dos entrevistados concordam em 100% com a utilizando de lições aprendidas e sua aplicação como ferramenta gerencial, 33% concordam em 80% e 38% concordam em 60%, como mostra a Figura 5. Figura 6 – A importância das lições aprendidas de um projeto como ferramenta gerencial. Os itens mais utilizados no dia a dia dos entrevistados são os relatórios simplificados, totalizando 27% do total, em segundo ficou o conceito "Inteligência de Negócio", ou business intelligence, com 24% do total e a automação dos processos ficou em terceiro, com 21%, como apresentado na Figura 6, confirmando Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 15 de 74 a tendência do uso de tais instrumentos para a gestão de projetos, introduzido com a Indústria 4.0. Figura 7 – Ferramentas/conceitos introduzidos no dia a dia de projetos (Indústria 4.0). Além disso, as tecnologias apontadas como mais implementadas com o advindo da quarta revolução industrial são mostradas na Figura 6. Nela, 22% dos entrevistados apontou as redes de comunicação como ferramenta mais implementada, 13% apontaram o Cloud Computing e 11% a virtualização (digitalização). É importante salientar que a percepção da maior implementação de uma ferramenta ou outra por parte dos entrevistados pode se justificar pela compatibilidade da ferramenta com o tipo de negócio ou estratégia da empresa. Porém, de forma geral, pode-se perceber através do feedback dos gestores entrevistados que ferramentas de análise de dados e interconectividade têm sido introduzidas e usadas ativamente no âmbito empresarial. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 16 de 74 Figura 8 - Tecnologias introduzidos no dia a dia de projetos (Indústria 4.0). Dos 24 entrevistados, 79% conseguem perceber que além do conhecimento técnico, o gestor de projetos deve possuir conhecimento estratégico, de negócio e liderança, como mostrado na Figura 8. Quanto aos impactos da 4° revolução industrial ao longo do planejamento e execução do projeto, 62% dos entrevistados acreditam totalmente (100%) que que o projeto deve ser modelado ao longo da execução com a participação ativa do cliente, seguidos de 17% concordam muito (80%) e 21% que concordam em partes (60%) com a afirmativa, como mostrado na Figura 9. Apesar dos graus de percepção variados, todos os entrevistados conseguem perceber a importância da capacitação e do perfil proativo do gestor de projetos e da influência do cliente em projetos, tornando as entregas na era da Indústria 4.0 cada vez mais personalizadas. Figura 9 – Conhecimentos de um gestor. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 17 de 74Figura 10 – Modelação do projeto de acordo com o cliente. Indo mais a fundo quanto às qualificações de um gestor de projetos, foi perguntado aos entrevistados quais deveriam ser as habilidades do profissional e o alinhamento das respostas foi visível, evidenciado na Tabela 1. Na tabela a grande maioria aponta que apenas conhecimento técnico não é o suficiente, muito menos fazer entregas seguindo o escopo inicial e os indicativos. Ao contrário, a grande maioria apontou como importantes habilidades do gestor de projetos atual a formação multidisciplinar, bom relacionamento com as partes interessadas, desenvolver senso crítico de forma saudável ao projeto, ter know-how em variados aspectos do projeto, habilidades de liderança e habilidades estratégicas para o gerenciamento do projeto. Curiosamente, pesquisas de mercado e foco no cliente, apesar de também destacadas, tiveram menos relevância para os entrevistados. Tal resultado sugere mais atenção dos gestores a esse aspecto, uma vez que foco no cliente e no mercado são extremamente importantes para a competitividade do cenário econômico atual e podem ser um diferencial em análises de desempenho. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 18 de 74 Quanto aos impactos trazidos pela Indústria 4.0 mais perceptíveis, a maioria dos entrevistados apontaram as facilidades de monitoramento, medição, compartilhamento e ajuste nos projetos com o uso de dispositivos digitais. Fatores também muito apontados pelos entrevistados nesse quesito foram a necessidade de combinação de conhecimentos técnicos com conhecimentos estratégicos, adaptação e interação com ferramentas digitais na gestão de projetos, além de crescimento do foco no cliente. Esses e demais impactos apontados nessa pesquisa são apresentados na Tabela 2. Tabela 1 - Gestor de projetos da industrial 4.0, quanto a habilidades que deverão ser adquiridas. Novo profissional gestor de projetos da industrial 4.0, quanto a habilidades que deverão ser adquiridas Habilidades (%) Novo profissional gestor de projetos da industrial 4.0, quanto a habilidades que deverão ser adquiridas 0% Somente conhecimento técnico é o suficiente. 0% Fazer a entrega do projeto seguindo o escopo, somente 8% Preocupar-se com indicadores positivos conforme planejado, sem aferir junto a cliente os reais resultados físicos e de fidelização do mesmo junto a empresa 25% Desenvolvimento de senso de urgência 75% Possuir formação multidisciplinar 71% Ter bom relacionamento com as partes interessadas 58% Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 19 de 74 Realizar pesquisas quanto ao mercado e atualizar-se sempre 71% Desenvolver senso crítico, de forma saudável ao projeto 58% Ter o cliente como foco, entendo o que é valor para ele em um projeto 67% Know-how tecnologia da informação, controle de qualidade, segurança do trabalho e recursos humano 71% Ter habilidades de liderança 67% Outros O% Tabela 2 - Impactos trazidos pela Indústria 4.0, mais perceptíveis no dia a dia de projetos. Impactos trazidos pela Indústria 4.0, mais perceptíveis Impactos (%) Através da utilização de dispositivos digitais, praticamente tudo pode ser monitorado, medido, compartilhado, ajustado, de forma simples e mais assertiva 95,8% As equipes estão auto organizadas, utilizando sempre a inteligência coletiva como princípio organizacional 20,8% Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 20 de 74 O foco no cliente (e sua experiência), puxa a execução dos projetos 58,3% O engajamento dos envolvidos no projeto ultrapassa a barreira organizacional, através de plataformas de colaboração digital, podendo saber como os especialistas do outro lado do mundo tem solucionado os problemas nos projetos 33,3% O Líder de Projetos, precisa cada vez mais interagir com atores/ferramentas existentes nesse cenário. Com a automação de processos, reduzir riscos e perdas, através da simulação de soluções, avaliando os resultados, antes de alocar recursos para o projeto 66,7% A economia 4.0 reafirma que os elementos estão todos conectados. Interna e externamente ao ambiente usual do projeto. Se o mercado muda o seu projeto deve mudar. Se a economia muda o seu projeto segue o mesmo caminho 45,8% O conhecimento técnico em projetos, para um gestor é o mais importante neste novo cenário. 4,2% O conhecimento técnico em projetos, deve ser combinado com conhecimentos estratégicos e negócios e de liderança, para um gestor. 70,8% Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 21 de 74 As sociedades digitais são um caminho sem volta. Adaptar-se a ela é de fundamental importância para realização e sobrevivência dos projetos 70,8% As empresas devem ignorar os impactos da Indústria 4.0, manter-se contemporâneos. Sem levar em consideração o quanto se faz necessário adaptar-se a novas rupturas, para manter-se no mercado econômico, sobrevivendo a uma economia muito mais competitiva e dinâmica 0,0% Para o mundo corporativo, inovar é permanecer-se vivo! As empresas precisam constantemente se reinventar para se manterem em um mercado de altíssima competição. Garantir um ambiente propício a inovação e aberto a novas de ideias é um desafio diário dos gestores atuais. 33,3% Outros 0,0% Conclusões: Através de questionários respondidos por gestores de projetos atuantes na região sudeste e centro-oeste do Brasil, foi possível mapear a grosso modo o perfil do gestor de projetos atual no país e suas opiniões e percepções sobre a Indústria 4.0. A maioria dos respondentes são homens, têm faixa etária entre 25-39 anos, trabalham de 0-5 anos com gestão de projetos, em empresas de médio a grande porte e com projetos que variam de R$ 100mil - 1 milhão e tem algum tipo de qualificação ou certificação para o cargo. O fator mais importante discutido ao analisar esses dados é a diminuição da faixa etária de cargos de liderança, que Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 22 de 74 pode estar ligado a maior facilidade das novas gerações na interação com tecnologias inovadoras. Além disso, o tempo relativamente curto da atuação da maioria na área de gestão chama atenção, o que pode indicar alta rotatividade de cargos e a conseguinte necessidade de qualificação dos gerentes de projetos para se manter na posição, principalmente com os novos desafios trazidos pela Indústria 4.0. Quanto à análise da Indústria 4.0, a maioria dos entrevistados apontou seu elevado impacto, tanto na indústria, quanto na gestão de projetos nas empresas e grande relevância de coleta de dados e lições aprendidas no ambiente de projetos atual. Ferramentas como relatórios simplificados, bussiness intelligence e automação foram apontados como importantes itens introduzidos no contexto industrial atual, e que a maior implementação de ferramentas em empresas é a de redes de comunicação. Quanto às qualificações de um gestor de projetos, foram apontadas a necessidade de proatividade, formação multidisciplinar, interação com ferramentas inovadoras de comunicação, monitoramento, medições e ajuste, além de ter foco do projeto sempre no mercado e no cliente. Tais opiniões mostram a quão impactante e rápida tem sido a implementação da quarta revolução industrial na gestão de projetos, uma vez que a grande maioria dos profissionais trabalhando na área que participaram da pesquisa entendem e utilizam conceitos já trazidos por ela. Esse fenômeno se deve a grande interconectividade trazida pela Indústria 4.0, que facilita a disseminação de informações e induz grande competitividade empresarial. Dessa forma, os profissionais de gestão devem buscar sempre se atualizar e qualificar para usufruir das melhores práticas de gestão e garantir bons resultados. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 23 de 74 Fundamentosda Indústria 4.0 – Página 24 de 74 Capítulo 2. Conceitos Importantes 2.1. Concepção da Manufatura Avançada Neste módulo: Manufatura Avançada; Impactos na Forma de Produzir; Como o Brasil tem se apresentado diante disso tudo. Manufatura avançada: Concepção, desenvolvimento e implantação de processos industriais inteligentes e sistemas integrados de tecnologia de informação e comunicação no chão de fábrica, utilizando práticas avançadas de produção voltadas aos conceitos de Manufatura 4.0, como o PIMS – Plant Information Management System. Fonte: Fundação CERTI. Uma implicação relevante seria que, à medida que a base digital é incorporada ao chão de fábrica, torna-se possível que a produção se dê de forma mais individualizada e flexível e também menos intensiva em trabalho (com utilização de novos materiais e de novos processos e com o uso mais disseminado de robôs). Fonte: BNDES. IoT Industrial: Consiste das máquinas conectadas à Internet e das plataformas de análises avançadas que processam os dados produzidos pelas máquinas. Os dispositivos de IoT variam de minúsculos sensores ambientais a complexos robôs industriais. A palavra “industrial” pode trazer à mente armazéns, estaleiros e instalações industriais, mas as tecnologias de IoT também podem fazer muito por uma vasta gama de setores, incluindo agricultura, assistência médica, serviços financeiros, varejo e propaganda. Fonte: HPE. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 25 de 74 O que muda na forma de produzir: Alto grau de customização; Controle apurado da produção; Alto grau de qualidade final; Descentralização do processo produtivo; Aumento de integradores/ montadores. Brasil e a 4ª Revolução Industrial: Crescimento de StartUps para soluções no setor industrial; SENAI em diversos estados contam com iniciativas; O Brasil está preparado para a Indústria 4.0? “Tecnologicamente, as inovações que compõem a chamada quarta Revolução Industrial já são realidade, acessíveis a empresas de todo o mundo, pois a capacidade computacional e a automação cresceram muito e ficaram bem mais baratas.“ - Avalia o tecnologista Jorge Lopes dos Santos, assessor da Direção do Instituto Nacional de Tecnologia. Conclusão: É preciso equilibrar País Industrializado x País Integrador, fazer com que o desenvolvimento da indústria seja algo planejado. Promover iniciativas locais podem trazem grandes efeitos. O equilíbrio permite obter mais infraestrutura e consequentemente uma indústria mais integrada, permitindo a distribuição de Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 26 de 74 diversos setores industriais passam a explorar a 4ª Revolução Industrial avaliando os benefícios da implantação e integralização. 2.2. Paradigma da Manufatura Avançada Neste módulo: Mudança na forma de produzir; Redução de custos; Integração de processos; Amplo uso da eletrônica. Novo paradigma: Da divisão do trabalho a especialização da mão de obra. A emergência de novas tecnologias como Big Data, Internet das Coisas e manufatura aditiva cria as bases para essa nova revolução industrial. E, com ela, surgem uma série de mudanças de paradigma que mudam o jeito de enxergar o funcionamento de uma indústria e o processo que faz um produto chegar até ao consumidor (GRILLETTI, 2017). Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 27 de 74 Mudanças: Manufatura Avançada está no centro do debate mundial sobre produtividade e inovação dos meios de produção. Considerada a quarta revolução industrial (antecedida pela mecânica, elétrica e digital), o novo paradigma vai exigir adaptação dos profissionais, pois com fábricas ainda mais automatizadas novas demandas surgirão enquanto algumas deixarão de existir. Fonte: UFSC Não basta controlar os processos, será necessário interagir as informações do processo produtivo com toda a cadeia de suprimentos. O consumo mudou: menos carro, menos alimento processado, menos bebida, menos fumo, menos é mais. O mercado cada vez mais demanda de produtos e serviços focados nas necessidades dos usuários e consumidores. Venda por impulso muda para Venda por indicação, e o produto deve ter a capacidade de solucionar problemas cada vez mais particulares no mercado. Máquinas produzindo máquinas: Figura 13 – Robôs soldadores. Fonte: Automotive business. [...] a expectativa é que num futuro tecnológico próximo, sem a interferência de funcionários, máquinas fabricarão continuamente e sob medida (com um baixíssimo índice de defeitos) diferentes componentes encomendados pelo sistema logístico. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 28 de 74 Fonte: Gartner (Amberg) O nível de capacidade de produção integrada aumenta. Isso faz com que as fábricas desenvolvam tecnologicamente e também na gestão de processos mais inteligentes, o que torna a indústria mais preparadas para múltiplas montagens/ produções. [...] na funilaria de uma fábrica automotiva em Betim-MG, 600 robôs trabalham integrados em rede. Fonte: Pedro Kutney, AB | de Betim (MG). Tudo para reduzir custos: Essas tecnologias combinadas geram conjuntos de oportunidade de manufatura competitiva sem precedentes. A expectativa é que até 2025, os processos relacionados à Manufatura Avançada poderão reduzir custos de manutenção de equipamentos (10% a 40%), reduzir o consumo de energia (10% a 20%) e aumentar a eficiência no trabalho (10 a 25%). Fonte: McKinsey (2016). Integração na manufatura: "Todos os elementos da cadeia de suprimentos (materiais, produtos e recursos) passam a ter uma identificação de tipo IP (internet protocol), o que aumenta sua rastreabilidade e possibilidade de controle. A virtualização dos produtos, incluindo todas as suas características físicas e de engenharia, por sua vez, amplia as possibilidades de customização à distância, feitas pelo próprio consumidor final." – Ressalta Manoel Saisse, tecnologista da área de Engenharia de Avaliações e de Produção do INT. Exemplo: Fábrica de automóveis instalada na região central de Minas Gerais. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 29 de 74 Figura 16 – Carrinhos-robôs. Fonte: Automotive business. [...] carrinhos-robôs entregam os componentes de cada carro assim que ele entra na linha, conforme a programação de produção. Fonte: Pedro Kutney, AB | de Betim (MG). Conclusão: A manufatura avançada surge com o propósito de tornar os processos produtivos mais enxutos, com aumento da qualidade do produto e redução de custos de produção. Para que os investidores consigam enxergar os benefícios da implantação da manufatura avançada e encarar os desafios para sua implantação, cada empresa precisa compreender seu espaço neste novo contexto. Investir só em Tecnologia não é suficiente, a gestão de qualquer negócio é peça-chave para que o sucesso aconteça e isso já não é novidade para ninguém. É preciso debater com continuidade as formas de fazer isso e como as coisas estão se transformando. É necessário que a indústria foque em Pesquisa e Desenvolvimento em conjunto com outras empresas e setores. A cadeia logística mudou mais uma vez, Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 30 de 74 fazendo com que os processos de fabricação estejam interligados entre fornecedores, fábrica e consumidor, tornando a indústria um setor que passa a trabalhar pensando no produto personalizado. 2.3. Elementos da Indústria 4.0 Neste módulo: O que caracteriza a Indústria 4.0. Compreensão dos elementos e seu efeito na produção. Impactos para a indústria. Impactos para o profissional. Pilares para a 4ª Revolução Industrial: Diante da evolução a serviço da indústria, foram criados sistemas de produção inteligentes, o que envolve a união de tecnologiasfísicas e digitais e a integração de todas as etapas do desenvolvimento de um produto ou processo, o que traz como grande impacto positivo mais eficiência e aumento da produtividade. Para tanto, algumas bases tecnológicas e digitais se evidenciam na Indústria 4.0, sendo: Tempo real: – Acompanhar e analisar dados em tempo real, garantindo maior assertividade na tomada de decisões. – Saber todas as etapas do processo no momento em que elas acontecem. Fonte: ESS. – Consiste na aquisição e tratamento de dados de forma instantânea, permitindo a tomada de decisões em tempo real. Fonte: Bruno Faustino (2016). Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 31 de 74 Virtualização: – A simulação computacional já é uma realidade, porém, a revolução da indústria propõe o monitoramento remoto dos processos de produção, a fim de evitar eventuais falhas e tornar a rede de produção mais eficiente. – A virtualização dos processos industriais permite a rápida tomada de decisão através de simulação computacional utilizando dados reais coletados em tempo real. Fonte: ESS. Descentralização dos processos decisórios: – Com o propósito de melhorar a produção na indústria, sistemas ciberfísicos tomam decisões com base em análise de dados. – Isso sem depender de ação externa, tornando a tomada de decisão mais segura e certeira. Modularização: – Neste conceito, o sistema é dividido em módulos, ou seja, em partes distintas. – Desta forma, uma máquina irá produzir de acordo com a demanda, visto que irá utilizar somente os recursos necessários para a realização de cada tarefa, garantindo otimização na produção e economia de energia. – Produção de acordo com a demanda, acoplamento e desacoplamento de módulos na produção. O que oferece flexibilidade para alterar as tarefas das máquinas facilmente. Fonte: Bruno Faustino (2016). Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 32 de 74 Orientação a serviços: – São utilizados softwares e instrumentos com arquitetura orientada a serviços, também conhecidos como Internet of Services ou Industry as Service. Fonte: ENGPROCESS. Como pode impactar sua empresa? Tomada de decisões instantânea e descentralizada [...] sistemas ciberfísicos tomam decisões com base em análise de dados, sem depender de ação externa, tornando a tomada de decisão mais segura e certeira. Fonte: ESS. Figura 17 – Sistemas ciberfísicos tomam decisões. Fonte: Reamp. Otimização na gestão de estoque: Com a gestão de inventário, a indústria pode gerenciar a demanda por produtos personalizados, porque é possível ter uma visão das táticas operacionais, principalmente as que impactam o design, montagem e armazenagem. Então, por mais que o depósito pareça apenas um ‘local de armazenagem’, ele é o coração da empresa, e o lugar onde, de fato, a tecnologia para Gestão de Estoque pode ser Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 33 de 74 estratégica para o fluxo de caixa, ajudando a melhorar, inclusive, o relacionamento com os consumidores. Fonte: Gabriel Lobitsky (2017). Redução de perdas com baixa produtividade: Sistemas integrados a I.A Inteligência Artificial e IoT Internet das Coisas permitem reduzir perdas como: – Perdas por falhas administrativas: compra de materiais incorretos, falta de instruções, emissão de notas fiscais erradas ou retirada de materiais por engano. – Perdas por falhas operacionais: falta de planejamento ou simplesmente por não serem realizadas da forma correta. – Perdas por desorganização: ocasiona perdas de tempo. Um exemplo é uma pessoa precisar de determinada ferramenta e não encontrar no local correto. – Perdas por logística: muitas vezes um layout de uma fábrica não é definido de forma adequada, fazendo com que o fluxo de material durante o seu processamento demore mais tempo do que o necessário ou que as pessoas gastem mais tempo para se movimentando ao executar o trabalho. – Perdas de tempo devido à medições e ajustes: Excessivos: ajustes excessivos no ambiente, nas ferramentas de trabalho e medições desnecessárias também ocasionam perdas. Fonte: Cristiano Bertulucci Silveira (2018). Virtualização e digitalização: – A virtualização tem como papel principal proporcionar elevados ganhos de eficiência, simplificar a adoção de novas tecnologias e permitir a Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 34 de 74 melhor gestão sobre um conjunto cada vez maior de sistemas que controlam toda a cadeia produtiva. Fonte: A Voz da Indústria. Digitalização: – Sinteticamente, a Indústria 4.0 proporciona ganhos de natureza sistêmica porque promete: 1. Utilizar a expertise administrativa do setor de software na alocação de recursos, produção de componentes e no gerenciamento das obras; 2. Controlar etapas e processos produtivos. 3. Estabelecer requisitos de performance associados ao equipamento, garantindo a manutenção adequada no tempo estabelecido a prestação de serviços de qualidade e segurança aos usuários. Fonte: Uirá Falseti (2016). Novos produtos e serviços: – O jeito como as pessoas usam os produtos hoje indica aos empreendedores como será o design do futuro. Os dados gerados a cada uso — que vão do modo como você dirige, assiste televisão, se exercita e até dorme — vão moldando os produtos que veremos em breve nas prateleiras. – O resultado disso é que os novos produtos e serviços serão inspirados, mais do que nunca, no uso que o consumidor faz hoje dos produtos que tem, em uma abordagem de engenharia e design inteiramente centrada no consumidor. Fonte: Laís Grilletti (2017). Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 35 de 74 Demanda por conhecimento: – Evolução do profissional com formação multidisciplinar e flexível, além de domínio de novas ferramentas, idiomas e competências emocionais. São capazes de se adaptarem facilmente a uma nova cultura de negócios e habilitados socialmente para desempenhar trabalhos colaborativos. Fonte: Alessandro Nunes (2018). Como pode impactar o profissional? Como profissional, você deve buscar conhecimento interdisciplinar nas áreas de sistemas de informação, automação e mecatrônica. O profissional da Indústria 4.0 é flexível, dinâmico e tem paixão pela inovação tecnológica. Como empreendedor ou gestor, você precisa estudar os investimentos necessários para modernizar e, se preciso, reestruturar a sua planta para essa nova realidade. Provavelmente, será necessário investir em maquinário mais recente, que comporte a utilização de internet das coisas e demais tecnologias. Fonte: ENGPROCESS. Conclusão: Se voltarmos na história das revoluções industriais passadas, veremos que, tudo que foi desenvolvido não foi descartado nem ficou obsoleto. A quarta revolução promove a convergência das tecnologias passadas para um novo modelo que permite integra-las a uma rede ciber-física suficientemente inteligente capaz de reduzir custos, melhorar os processos, tomadas de decisões e a qualidade dos produtos. Existe uma mudança também nos setores de serviços, novos modelos de negócios surgem com o propósito de atender demandas particulares, onde cada cliente ou usuário sabe exatamente de sua necessidade. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 36 de 74 Essa mudança faz com que a indústria precise se atualizar com maior frequência, não só em tecnologia, mas principalmente em mão-de-obra qualificada. Os profissionais e gestores precisam trabalhar com a interdisciplinaridade. E novas profissões surgem em função das mudanças tecnológicas e de novos modelos de negócios. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 37 de 74 Capítulo 3. Elementos das Tecnologias Emergentes 3.1. Sensorização Neste módulo: Surgimento dos sensores. Utilização na indústria. O que contribuiu para a ascensão da 4ª Revolução Industrial. Sensores: Sensor:instrumento físico que realiza leituras diretas ou indiretas. Tem como função principal monitorar um processo. Por meio dos dados coletados por um sensor, decisões serão tomadas. Figura 1 – Sensor de uma câmera. História dos sensores: O primeiro sensor que se tem notícia foi criado em 1592, por Galileu Galilei. Ele usou um tubo invertido cheio de ar e água, no qual a elevação de temperatura exterior produzia dilatação do ar e a consequente alteração do nível da água. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 38 de 74 Figura 19 – Galileu Galilei (1592). Fonte: Justus Sustermans (1636). Tipos de sensores: Sensores de luz: células solares, fotodiodos, fototransistores, tubos fotoelétrico, CCDs, radiômetro de Crookes e sensor de imagem. Sensores de som: microfones, hidrofone e sensores sísmicos. Sensores de temperatura: termômetros, termopares, resistores sensíveis a temperatura (termístores), termômetros e termostatos. Sensores de calor: bolômetro e calorímetro. Sensores de radiação: contador Geiger e dosímetro. Figura 2 – (a) Radiômetro de Crookes, (b) Calorímetro, (c) Fotodiodo. (a) (b) (c) Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 39 de 74 Sensores de partículas subatômicas: cintilômetro, câmara de nuvens e câmara de bolhas. Sensores de resistência elétrica: ohmímetro. Sensores de corrente elétrica: galvanômetro e amperímetro. Sensores de tensão elétrica: eletrômetro e voltímetro. Sensores de potência elétrica: wattímetro. Figura 3 – (a) Cintilômetro, (b) Multímetro, (c) Wattímetro. (a) (b) (c) Sensores magnéticos: compasso magnético, compasso de fluxo de porta, magnetômetro e dispositivo de efeito Hall. Sensores de pressão: barômetro, barógrafo, indicador da velocidade do ar e variômetro. Sensores de fluxo de gás e líquido: sensor de fluxo, anemômetro, medidor de fluxo, gasômetro, aquômetro e sensor de fluxo de massa. Sensores químicos: eletrodo íon-seletivo, eletrodo de vidro para medição de ph, eletrôdo redox e sonda lambda. Sensores de movimento: arma radar, velocímetro, tacômetro, hodômetro e coordenador de giro. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 40 de 74 Figura 4 – (a) Sensor de Efeito Hall, (b) Fluxo de Água e (c) Íon-Seletivo. (a) (b) (c) Sensores de orientação: giroscópio, horizonte artificial e giroscópio de anel de laser. Sensores mecânicos: sensor de posição, selsyn, chave e strain gauge. Sensores de proximidade: um tipo de sensor de distância, porém menos sofisticado, pois apenas detecta uma proximidade específica. Uma combinação de uma fotocélula e um LED ou laser. Suas aplicações são nos telefones celulares, detecção de papel nas fotocopiadoras, entre outras. Sensores de distância: tipo radar. Figura 5 – (a) Giroscópio, (b) Proximidade e (c) Strain Gauge. (a) (b) (c) Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 41 de 74 Aplicações na Indústria Tradicional: Criados em 1950, os sensores tornaram-se ao longo dos anos peças fundamentais à automação industrial. Estes produtos são responsáveis pela detecção de quaisquer movimentações no ambiente fabril, seja para contagem de material, controle de direção, até nível de fluidos e verificação de material dentro do recipiente. Há ainda os sensores utilizados para a segurança dos profissionais que operam o maquinário (NR-12). Na indústria tradicional, os sensores são utilizados para fazerem a coleta de dados de funcionamento de equipamentos e também realizarem o controle de funcionamento das máquinas ou planta como um todo. Figura 6 – Configuração dos sensores na indústria tradicional. Nesse modelo de indústria, os sensores seguem uma configuração conforme mostrado na Figura 19. É conceito padrão da indústria tradicional manter a seguinte configuração de sistemas sensoriais: Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 42 de 74 1. Dispositivos de coleta de dados do campo conectados a um barramento de campo. 2. Possuir uma central CLP conectada ao barramento, que recebem os sinais dos sensores com dados das máquinas definido como um nível de controle. 3. Obtém uma central que realiza a Gestão dos Processos de operação das máquinas. 4. Controle do processo produtivo. 5. Nível que libera informações para o setor empresarial, o qual recebe todos os dados gerados pelos sensores e os convertem em informações para tomada de decisão. Aplicações na Indústria 4.0: A principal proposta do uso de sensores na Indústria 4.0 visa trazer o nível de controle de dados e as informações da fábrica para tempo real, assim como um maior controle do processo produtivo e da qualidade do produto. Figura 21 – Configuração dos sensores na Indústria Tradicional. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 43 de 74 Assim, conforme mostrado na Figura 21, as novas tecnologias de sensores embarcadas na Indústria 4.0 propõe dispositivos que desde o campo nos processos de coleta de dados já estejam conectados a uma rede de internet, a qual as máquinas possam estar conectadas entre si e comunicando em tempo real. Outro ponto é o acesso a dados mais precisos que os gestores podem ter em tempo real, que somados a precisão da inteligência artificial podem monitorar e tomar decisões mais assertivas. Informação interconectada: Nesse âmbito, a proposta de utilização de sensores mais inteligentes fica muito mais desafiadora. Trata-se de integração global de dados e informações. Digitalização: Sensores podem ser analógicos ou digitais. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 44 de 74 A partir do momento em que os sensores ficaram menores, com menor custo, precisão de leitura e os dados eram transmitidos de forma binária para centrais integradas com a planta, a forma de produzir mudou mais uma vez. “A digitalização é o primeiro passo para a indústria entrar nesse novo patamar tecnológico. Em outros países como Alemanha, China, Coreia do Sul, Japão e EUA, nos quais a Indústria 4.0 está mais avançada, ela já propiciou aumento da produtividade, redução de custos de manutenção de equipamentos, consumo de energia e aumento da eficiência do trabalho. ” Fonte: ITForum365. Conclusão: Moore tinha razão. Quanto mais sensores e a leitura em tempo real, mais produtividade. O desenvolvimento não para, a prototipação se torna mais fácil. 3.2. Modularização Neste módulo: Conceito de módulo. Modularização na indústria. Importância para a consolidação da Indústria 4.0. O que é um módulo? “Módulo é uma unidade planejada segundo determinadas proporções e destinada a reunir-se ou ajustar-se a outras unidades análogas, de várias maneiras, formando um todo homogêneo e funcional.” Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 45 de 74 Fonte: Ferreira, 1988: 438 “... produtos com características mais específicas e com ciclos de vida cada vez mais curtos, levam a linhas de produção ou montagem que precisam ser remanejadas com setups mais rápidos e eficazes, portanto a opção é não depender de linhas rígidas e com células dependentes. Opção por criar Centros de Trabalho mais independentes possível, ou que possam ser dinamicamente substituídos mediante falha. ” Fonte: A Voz da Indústria. Produtos modulares: Os produtos chamados de modulares podem ser entendidos como sistemas completos, que executam suas funções através de diferentes módulos interligados entre si. Estes módulos podem se combinar de diferentes maneiras, formando uma variada gama de produtos. Fonte: FIDO Edu. “O termo ‘produto modular’refere-se, tradicionalmente, a produtos que são desenhados para satisfazer a uma variedade de requisitos com várias combinações. A maior proposta por trás da modularização é a produção de uma variedade de produtos racionalizados e o conceito de modularização é relativamente amplo de modo que o conceito é de um design para a Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 46 de 74 variabilidade, um design para família de produtos e desenvolvimento de plataformas. ” Fonte: Blackenfelt, 2001, Apud. Cardozo, 2005: 23. Exemplo na Indústria Automotiva: Por exemplo, diversos componentes mecânicos menores como pistão, rodas e engrenagens, podem ser agrupados de modo a fazer parte de sistemas maiores como motor, suspensão, plataforma/chassi, câmbio e estes, por sua vez, podem compor um único módulo que constitui todo o sistema mecânico do automóvel. Fonte: Fido EDU. A Mercedes-Benz já utiliza o conceito de modularidade em seus automóveis há algum tempo. A empresa que sempre se caracterizou pela produção de automóveis de luxo, lançou no Salão do Automóvel de Detroit em 2008 os modelos S 300 BLUETEC HYBRID e o ML 450 HYBRID, projetados com tecnologia modular. As duas versões são equipadas cada uma com dois tipos de motores: um à gasolina e outro elétrico com um sistema hibrido. A própria fábrica da Volkswagen de Resende produz caminhões sob encomenda, no sistema conhecido como Tailor Made. O veículo é feito a partir da necessidade do cliente, que na maioria das vezes são grandes empresas de transporte, que necessitam de produtos especiais para funções especificas. Fonte: Fido EDU. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 47 de 74 No atendimento ‘Tailor Made’, o caminhão é montado segundo as preferências do consumidor: motor; caixa de câmbio; relação de eixo traseiro; medidas de distância entre eixos; acabamentos de cabine e cor, adequando, ainda mais, o veículo à aplicação ou vocação a que se destina. A Volkswagen é a primeira montadora no país a produzir e vender modelos personalizados em escala industrial. Fonte: Diário do Vale: 2000. Quarta Revolução Industrial: Uma tecnologia de confiança. Historicamente, a confiança era acrescentada aos produtos ou transações conforme eles caminhavam pela cadeia de valor de sua fabricação. Registros físicos ou eletrônicos rastreavam todos os objetos para provar sua origem, seu destino, quantidade e história. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 48 de 74 Figura 7 – Livro: Aplicando a Quarta Revolução Industrial. Fonte: Klaus Schwab. Conclusão: Os módulos reforçam o princípio de descentralização da 4ª R.I. A conectividade, principalmente wireless, com o real time potencializarão este princípio. As aplicações são variadas. Próximo módulo: O que é real time? Quais são os seus mecanismos? Qual a sua contribuição para a Indústria 4.0? Você já se irritou com o atraso na transmissão do seu jogo preferido? 3.3. Tempo real Neste módulo: Processamento de dados em tempo real. Coleta de dados. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 49 de 74 Arquitetura de real time. O que é real time? O que você acharia de acompanhar todo os indicadores de desempenho de sua planta industrial em tempo real, como taxa de rotatividade de produtos, percentual de ocupação de postos de trabalho, estimativa de tempo de produção de cada módulo, entre outros parâmetros? Real time (tempo real): capacidade de leitura de dados no chão de fábrica de forma segura, rápida e útil para o processo decisório industrial. Consequências do real time: As constantes pressões por redução de margem de lucro, melhoria de qualidade de produtos e segurança operacional que a indústria de processamento vem sofrendo, tem levado as mesmas a utilizarem ferramentas especializadas de otimização de processos. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 50 de 74 Nas décadas de 1980 e 1990, esta indústria investiu fortemente na utilização de ferramentas de otimização estacionária em tempo real (RTO) nas formas on-line e off-line. Fonte: ALMEIDA, Euclides 2011. Real time dinâmico: Esta tecnologia já atingiu o seu grau de maturidade. Porém, está limitada pelas suas características estacionárias, não tendo capacidade de otimizar processos diante das perturbações frequentes, tais como alterações de qualidade e quantidade de carga, transições decorrentes de alterações de programação de produção ou de receita de uma produção em batelada, ou semi-batelada, dentre outros. Para cobrir este espaço, a otimização dinâmica em tempo real (DRTO) é a tecnologia adequada para reduzir a quantidade de produtos fora de especificação e otimizar o lucro operacional diante destas perturbações. Fonte: ALMEIDA, Euclides 2011. Características do ambiente real time: Insights: para mostrar onde a operação pode economizar e lucrar – em tempo real. Gestores podem customizar os dashboards e focar nas métricas mais relevantes para cada situação, obtendo insights para tomada rápida e precisa de decisões. Simplificação: não interrompe operações, além de proporcionar ampla plataforma de compatibilidade. Da implementação à operação, simplifica o trabalho de gestores e técnicos nos ambientes cada vez mais complexos das unidades fabris conectadas. Segurança: controle máximo sobre o que trafega nas redes para garantir a segurança de sistemas, máquinas e pessoas na Indústria 4.0. É necessário a customização de alertas e dashboards para que a equipe de segurança atue Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 51 de 74 com foco total, baseada em sua própria estratégia de proteção sobre ambientes altamente complexos. Transações: avalia a qualidade das transações em todas as pontas, do Data Center à experiência do usuário, passando pelas linhas de produção inteligentes. Com a transformação digital da indústria, monitorar a qualidade transacional é uma necessidade crítica. Visibilidade: a solução captura dados e monitora todas as transações entre os dispositivos conectados (IIoT), sistemas, aplicações e infraestrutura de TI, fornecendo visão 360 graus das operações. Com esse nível de visibilidade, lideranças e especialistas identificam imediatamente a causa raiz de falhas, mantendo a produtividade e a eficiência da linha de produção – e do negócio como um todo. Fonte: ZERUM. Real time – Telemetria e exemplos: Atualmente, WinTAX4 está, sem dúvida, no topo do ranking das aplicações de PC para aquisição e análise de dados em competições Motorsport. Este é o resultado de mais de 20 anos de evolução contínua e estreita parceria com as equipas de topo na F1, DTM, WRC, Le Mans Series, GT, MotoGP e SuperBike. Fonte: Magneti Marelli. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 52 de 74 Os fabricantes precisam colaborar, monitorar e comunicar dados disponíveis ao vivo para alcançar a excelência operacional. O Power BI ajuda sua equipe a monitorar dados em tempo real de várias fontes em um painel e fazer uma pesquisa detalhada para identificar problemas quando necessário. Receba alertas em tempo real com aplicativos móveis do Power BI e torne suas operações mais eficientes para obter maior agilidade e minimizar os tempos de resposta. Fonte: Microsoft. Conclusão: Sem tempo real o lucro não vem. Apoio para a manutenção preditiva. Investimento após análise custo-benefício. Próximo módulo: Por que ter um sistema digital copiando um sistema físico? O que é a Virtualização? A Virtualização como elemento da 4ª Revolução Industrial. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 53 de 74 3.4. Virtualização Neste módulo: Conceito de Virtualização. O que são Gêmeos Digitais? Qual a importância para a Indústria 4.0? Conceituando a virtualização: Para o pessoal de TI trata-se do ato de criar uma versão virtual de qualquer coisa, incluindo a simulação de uma plataforma de hardware, sistema operacional, dispositivo de armazenamento ou recursos de rede, por exemplo. Fonte: Portnet. Virtualização na indústria: A virtualização da indústria é uma prática que permite reproduzir o funcionamento das fábricas de forma fiel no ambiente digital. Como pode ser aplicado a todas as etapas de produção, a tecnologia torna os processos mais inteligentes, permitindo antecipar problemas e tomar decisões estratégicas rapidamente. Fonte: A Voz da Indústria. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 54 de 74 A Virtualização possibilita uma arquitetura onde é possível executar diversos sistemas sem que seja necessário executá-los nos computadores de trabalho (Workstations). Todo o processamento e consumo de recursos das aplicações é realizado pelo servidor físico, e não mais nas workstations, o que permite que estas possam ser máquinas mais simples, ou até mesmo apenas “monitores”; também conhecidos como ThinClient, acessando o servidor e utilizando os sistemas de forma remota. Fonte: Yukon Automação. E os Gêmeos Digitais? Desenvolvido para se comportar da mesma maneira do que seu correspondente no mundo real, o gêmeo digital é abastecido com dados desse Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 55 de 74 irmão real, e assim tem a capacidade de simular condições de desempenho e funcionalidade desse objeto. “O gêmeo digital é um passo a mais no processo de desenvolvimento de modelos. Em vez de você apenas simular, você consegue usar sinais reais do objeto em questão. Quanto mais informações você tiver, consegue desenvolver um gêmeo digital mais robusto.” (MAMEDE, L. G.) Fonte: Siemens/ Estadão. O apelidado “gêmeo digital” trata-se, então, de uma cópia digital de um navio real – incluindo seus sistemas – que sintetiza a informação disponível sobre o navio num ecossistema digital. O uso de ‘gêmeos’ digitais permite a optimização, manutenção, produção e sustentabilidade de um navio durante todo o seu ciclo de vida. Fonte: Cargo Revista. Além do sistema supervisório: Simulações já são utilizadas atualmente, assim como sistemas supervisórios. No entanto, a Indústria 4.0 propõe a existência de uma cópia virtual das fábricas inteligentes. Permitindo a rastreabilidade e monitoramento remoto de todos os processos por meio dos inúmeros sensores espalhados ao longo da planta. Fonte: CitiSystems. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 56 de 74 Conclusão: As simulações serão mais precisas e seguras com virtualização. Setup de máquina e layout produtivo ganham com a virtualização. Trata-se de um importante pilar para implantar a Indústria 4.0. Última fronteira da Transformação Digital. Figura 8 – Digital Twin and Big Data Towards Smart Manufacturing and Industry 4.0: 360 Degree Comparison. Fonte: https://www.researchgate.net/publication/322512249_Digital_Twin_and_Big_Data_To wards_Smart_Manufacturing_and_Industry_40_360_Degree_Comparison. https://www.researchgate.net/publication/322512249_Digital_Twin_and_Big_Data_Towards_Smart_Manufacturing_and_Industry_40_360_Degree_Comparison https://www.researchgate.net/publication/322512249_Digital_Twin_and_Big_Data_Towards_Smart_Manufacturing_and_Industry_40_360_Degree_Comparison Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 57 de 74 Capítulo 4. Aplicações das Tecnologias Emergentes Neste módulo: Como ocorreram as Revoluções Industriais. Contribuição incremental de cada Revolução Industrial. Impactos na Tecnologia e Sociedade. 4.1. Cibersegurança e CloudComputing Computação na nuvem e cibersegurança chegam à nossa realidade. Segundo Marc Andreessen, co-fundador da Netscape, Membro do Conselho de Administração do Facebook, todo garoto que sai de Harvard e todos os garotos que saem da escola agora pensam que podem ser o próximo Mark Zuckerberg, e com essas novas tecnologias como a computação em nuvem, e eles realmente têm isso a um triz. Recentemente, ataques a computadores e servidores fizeram com que muitas empresas e pessoas comuns ficassem reféns de sequestradores de dados. Parece um conto do Isaac Asimov, mas não, é realidade e não tenho uma boa notícia para você: isso se tornará mais comum do que possamos imaginar. Em dezembro de 2016, o ministro de defesa francês Jean-Yves Le Drian revelou uma nova ramificação das Forças Armadas francesas batizada de “Quarto Exército”, a qual atuará em conjunto com a Força Aérea, Marinha e Exército. No entanto, o domínio de responsabilidade do Quarto Exército será o espaço cibernético, palco que vem sendo utilizado com crescente frequência por atores estatais e não estatais. O Exército Cibernético francês consiste em 3.200 soldados, mais 4.400 reservistas. Um avanço significativo comparado a 6 anos atrás, quando a defesa cibernética da França era realizada por apenas 100 soldados. O investimento inicial Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 58 de 74 será de 1 bilhão de euros até 2019, uma vantagem considerável em relação aos sistemas de armas, exércitos e treinamento das Forças Armadas tradicionais, que são muito mais caras de se obter e manter. Cloud Computing: O termo vem sendo utilizado para designar o processamento de dados em servidores remotos e em rede. Tecnicamente é o máximo uso da Internet e seus recursos. Significa que você compra um software para controlar sua empresa que tem o desenvolvedor em Santa Catarina, suas operações são em Minas Gerais, mas os dados são processados e armazenados em qualquer lugar do mundo. As aplicações mais simples já usamos bastante. Fotos, dados compartilhados, agenda de contatos e outras informações do nosso smartphone podem ser encontradas e sincronizadas automaticamente em computadores e tablets. O compartilhamento de arquivos, backup e uso compartilhado seria outra aplicação cotidiana. Isso mostra a capacidade em termos as informações em mais de um dispositivo, ao mesmo tempo. O controle da empresa também se encontra na palma da mão. Os principais aplicativos para gerenciamento empresarial já têm suas versões on-line em celulares e tablets. O pedido de bebidas para o bar é processado on-line, toda uma rede logística se inicia e favorece a otimização dos recursos da empresa. Economia e rapidez, tudo o que o empresário queria. Ameaças reais: Mesmo com todas essas facilidades, algumas empresas ainda evitam ter seus dados flutuando para aqui e acolá. Empresas do Governo são as mais preocupadas. Imagina a quantidade de informações estratégicas para o país que poderiam ficar à mercê de pessoas ou países mal-intencionados. O privilégio de determinada informação poderia colocar em cheque toda a nossa economia. O sequestro de informações, as espionagens no ciberespaço e a fragilidade de alguns sistemas ainda geram ameaças reais e imediatas. Os servidores precisam Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 59 de 74 atualizar suas defesas o tempo todo e estarem preparados para pesados ataques. Existem eventos do pessoal de TI só para testar sistemas e suas fragilidades. Os que mais têm crescidos no Brasil se chamam Hacklaton, um dia inteiro de estudantes tentando burlar poderosos sistemas. Hackers para o bem. Confiar desconfiando: Não tem volta, manter pesadas e caras estruturas de informática na empresa já é passado para muitas organizações. É bom manter uma equipe preparada para fazer o trabalho certo. Backups e redundância de canais de comunicação são algumas formas de prever problemas futuros. A Legislação Brasileira ainda não tem toda a regulamentação para o que ocorre na Internet. Por isso é bom tomar cuidado ao contratar serviços. Como dito, os seusdados podem se encontrar em um país que de repente sofre uma pane mundial, a mais de 10 mil km de distância e o seu negócio poderá ficar off-line. 4.2. Inteligência Artificial A inteligência artificial irá dominar os negócios! Como disse Steve Wozniak, co-fundador da Apple, se construímos esses dispositivos para cuidar de tudo para nós, eventualmente eles vão pensar mais rápido do que nós e vão se livrar dos seres humanos lentos para que as empresas e seus negócios sejam mais eficientes. Não pense que apenas o Wozniak tem uma visão apocalíptica do futuro e as máquinas. Neste seleto clube, alertam também Bill Gates (Microsoft), Stephen Hawking (astrofísico) e Elon Musk (cientista bilionário estilo Tony Stark). A preocupação comum a todos é o uso excessivo e abusivo de algoritmos nas máquinas, que podem tomar decisões por si só e interferirem no nosso cotidiano. Para Douglas Ciriacco, a Inteligência Artificial (IA) é um ramo da ciência da computação que se propõe a elaborar dispositivos que simulem a capacidade humana de raciocinar, perceber, tomar decisões e resolver problemas, enfim, a capacidade de ser inteligente. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 60 de 74 Está no seu carro: Alguns carros vendidos no Brasil já têm um pouco desta tecnologia de tomada decisão por um software. Carros como CRV e HRV, ambos da Honda, contém dispositivos que tomam ações para evitar que eles capotem ou saiam numa curva. Avaliando inclinação do veículo, velocidade e resposta a frenagem do motorista, o sistema atua fazendo correções, tornando a direção mais firme e evitando acidentes graves. Google e Tesla já estão testando a IA em carros para fazerem muito mais. A ideia é que os carros possam ser autônomos e consigam realizar trajetos mais rápidos, seguros e que consumam menos combustível. Elon Musk (um dos sócios da Tesla) acredita que em um futuro próximo os carros autônomos estarão disponíveis e a preços acessíveis. Mercado Financeiro: Há um bom tempo já estão em funcionamento sistemas robotizados para compra e venda de ações. Existe uma legislação própria e tratados internacionais para regular esta prática e evitar estrondos em economias. Imagina a decisão de venda de todas as ações de determinada empresa baseada em dados incorretos ou insuficientes. Seria um grande estrago e imensas perdas financeiras. Neste tipo de IA podemos destacar dois tipos de automação: o robot-advisor e o robot-trader. O robot-advisor é um serviço de gestão focado na alocação dos recursos do investidor em diferentes classes de ativos financeiros. É uma solução completa para quem quer investir e não tem tempo ou vontade de administrar o patrimônio sozinho. Já o robo-trader é uma ferramenta para automatizar estratégias de investimento na bolsa de valores, baseadas, na maioria das vezes, em análise técnica ou gráfica. Neste último tipo de robô, a estratégia é montada para tentar identificar oportunidades de ganho com a flutuação de preço das ações negociadas na BM&FBovespa, e garantindo assim trades serão executados sem atraso. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 61 de 74 O que vem por aí: Cortana no Windows do Bill Gates, Siri no celular do Wozniak, Alexa na Amazons do Bezos, são alguns exemplos que irão ampliar e nos imergir neste fascinante (e perigoso) mundo da Inteligência Artificial. Olha alguns números e pesquisas (os dados são de 2016): 1. Havia mais de US $ 300 milhões em capital de risco investido em startups da IA em 2014, um aumento de 300% em relação ao ano anterior. (Bloomberg) 2. Até 2020, 85% das interações com clientes serão gerenciadas sem um ser humano. (Gartner) 3. Dos executivos, 44% acreditam que o benefício mais importante da inteligência artificial é "comunicações automatizadas que fornecem dados que podem ser usados para tomar decisões". (Ciência Narrativa) 4. Até o final de 2018, "assistentes digitais de clientes" irão reconhecer os clientes por rosto e voz através de canais e parceiros. (Gartner) 5. Dos executivos, 80% acreditam que a inteligência artificial melhora o desempenho dos trabalhadores e cria empregos. (Ciência Narrativa) 6. Até 2020, os agentes inteligentes gerenciarão 40% das interações móveis. (Gartner) 7. A inteligência artificial substituirá 16% dos empregos americanos no final da década. (Forrester) 8. 15% dos proprietários de telefones da Apple usam os recursos de reconhecimento de voz da Siri. (BGR) Ei Siri, o que temos para fazer em Divinópolis sábado à noite? Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 62 de 74 4.4. Drones e Sistemas Ciberfísicos / Robótica Robôs na fábrica, no espaço e na bolsa de valores. Segundo Buzz Aldrin, astronauta americano dos Projetos Apollo: Mandar os humanos de volta para a lua não seria vantajoso. Seria mais de 50 anos após a aterrissagem da primeira vez quando chegamos lá, e provavelmente seríamos bem-vindos pelos chineses. Mas devemos voltar para a Lua sem astronautas e construir, com robôs, uma base lunar internacional, para que possamos construir uma base em Marte de forma robótica. Quando a palavra robô vem em nossa mente inevitavelmente lembramos dos The Jetsons, famosa série de desenho animada americano que lotou nosso imaginário. Na série uma emprega doméstica robô, com mil e uma habilidades, também demonstra personalidade e interage com a família do futuro. Ainda vamos demorar um pouco para esse grau de tecnologia, mas muita coisa anda acontecendo. A robótica está presente fortemente na indústria automobilística. Hoje é impensável montar uma linha de montagem de carros sem a presença de robôs na soldagem e na pintura. Outras etapas mais complexas ainda têm a intervenção humana, certamente por pouco tempo. A garotada que conhece de programação já usa os chamados bots para que determinado personagem avance no jogo. Quando estão estudando os bots tomam decisões e não deixam o jogo on-line parar nunca. Não estamos falando de alunos de nível superior e sim de escola média, com seus 14 e 15 anos de idade. O desafio desperta a curiosidade e desperta habilidades. Somos movidos pelo desafio, criar sistemas sejam mecatrônicos ou de software que copiam nossas habilidades está no topo da mais alta aplicação de diversas tecnologias. É um mix de disciplinas da Engenharia e da Tecnologia da Informação. Impensável tudo isso ocorrer anos atrás, a facilidade da comunicação faz com que grupos trabalhem em sistemas robóticos em todo o mundo. Fundamentos da Indústria 4.0 – Página 63 de 74 Robô no espaço: Recentemente a JAXA (Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial) publicou imagens da nova câmera que ajudará os astronautas na Estação Espacial Internacional (ISS). O novo colega dos astronautas, conhecido como Int-Ball, tem formato esférico e dois "olhos", fazendo com que o robozinho lembre a personagem Eve, do filme da Wall-E. O que mais chamou a atenção no robô é que ele flutua, como se fosse um drone, e pode ser controlado por cientistas na Terra. A máquina também transmite mensagens em tempo real, o que possibilita que problemas na Estação Espacial possam ser rapidamente resolvidos com auxílio de outros cientistas. O próximo passo é desenvolver robôs que consigam sair da ISS ou de naves e realizar atividades no espaço. Sejam atividades de experimentos, reparo de satélites ou exploração da Lua ou Marte. A ideia não está longe, porém os investimentos são muito altos. Mercado financeiro atento: Certamente a 3ª Grande Guerra se passará no Ciberespaço. Ela tem grandes chances de se iniciar por motivos econômicos provocados por grandes desequilíbrios. A nossa capacidade de processamento e raciocínio vem rapidamente sendo multiplicada algumas vezes por sistemas computacionais. E se esses mesmos sistemas por meio de robôs agissem indiscriminadamente no Mercado Financeiro? Caos! O uso de robôs
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