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1 UNIVERSIDADE PAULISTA APS: Indústria 4.0 – Tecnologias disruptivas ENGENHARIA MECÂNICA (8º SEMESTRE) SÃO PAULO 2020 2 CINTIA ALVES DOS SANTOS N1434D-3 EM8P13 ILVANEI MARQUES VIEIRA D41FAA-4EM8P13 ILVANIO MARQUES VIEIRA N1690C-5 EP8P13 IVAN CAMARDELLA VIDAL D21AGF-8 EM8P13 JEFERSON DA SILVA ALMEIDA D2727D-7EM8P13 RAPHAEL NARDONE ZOPE T5709C-5EM8P13 WILLIAN LUIZ MATOS FERREIRA D4178D-2EM8P13 APS: Indústria 4.0 – Tecnologias disruptivas SÃO PAULO 2020 3 1. OBJETIVO4 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA5 2.1 Primeira revolução industrial5 2.2 Segunda revolução industrial6 2.3 Terceira revolução industrial7 2.4 Quarta revolução industrial8 2.5. Elementos da indústria 4.010 2.6. Soft e hard skills12 2.7. Sociedade 5.014 2.8 Automação residencial15 3. PROJETO DE CONSTRUÇÃO19 3.1 Principais componentes19 3.2 Desenvolvimento do sistema19 3.3 Lógica de funcionamento19 4. PROGRAMAÇÃO19 5. TABELA DE CUSTO19 10. CONCLUSÃO21 11. REFERÊNCIAS 22 4 1. OBJETIVO DO PROJETO Realizar uma pesquisa detalhando as quatro revoluções industriais, as tecnologias disruptivas utilizadas na Indústria 4.0 e o conceito de sociedade 5.0 que vem sendo implantado no Japão. Projetar um dispositivo IoT utilizando o microcontrolador Arduino® ou Raspberry®. 5 2. DESENVOLVIMENTO TEÓRICO Desde o início da pré-história, o ser humano já se destacava dos demais animais por conseguir modificar o meio onde vivia para obter vantagens. Neste período iniciou a manipulação de madeira e pedra a fim de obter armas mais letais que seu próprio corpo, podendo assim se defender de predadores mais fortes e atacar presas antes impossíveis de matar. Também começou a ser usado a pele das presas para manter a temperatura corporal em períodos mais frios. Com o passar do tempo sons e gestos viraram códigos, descobriu-se o fogo, começaram as primeiras escritas, deixaram de ser nômades extrativistas e iniciou-se o sedentarismo com o plantar de seu próprio alimento. As tocas dentro das cavernas passaram a ser feitas de folhas e galhos de árvores, posteriormente usou-se barro para dar mais estrutura as cabanas e tampar as frestas entre galhos e folhas. Chegando muito próximo ao que conhecemos hoje como casas de pau-a-pique e posteriormente o uso de pedras. É denominado de revolução industrial uma série de mudanças tecnológicas e econômicas que propiciaram novas formas organizacionais da sociedade e consolidou o sistema capitalista. Para facilitar o entendimento foi dividida em fases que correspondem a evolução das tecnologias e os impactos socioeconômicos que foram gerados. 2.1 Primeira revolução industrial Iniciou-se em meados do Séc. XVIII, os historiadores consideram que este período ocorreu entre 1760 e 1850. Porém, em 1698, o inglês Thomas Newcomen construiu e projetou a primeira máquina a vapor e, em 1765, o também inglês James Watt, aperfeiçoou o sistema. O carvão passou a ser utilizado como combustível, ocorrendo um grande avanço e evolução da indústria siderúrgica e o uso de máquinas a vapor para a produção de fios e tecidos na Inglaterra. Com o passar das décadas acabou se espalhando por toda a Europa ocidental e, posteriormente, ao norte do continente americano. Neste mesmo período, máquinas eólicas e hídricas também começaram a ser adotadas. Desta forma substituindo a mão de obra humana na produção artesanal, 6 pela produção industrial. Utilizando o sistema a vapor, as primeiras locomotivas e navios foram criados, encurtando as distâncias, assim propiciando um melhor transporte de matérias-primas, pessoas e bens produzidos. Consequentemente reduzindo o tempo e aumentando a produtividade das fábricas. O valor final dos produtos também foi reduzido, sendo possível aquisição por uma maior parte da sociedade. Com a chegada dos telégrafos, foi possível a comunicação quase instantânea. 2.2 Segunda revolução industrial Ocorreu entre a metade do Séc. XIX e início do Séc. XX, aproximadamente entre 1850 e 1945, a industrialização chegou a todo o continente europeu, boa parte do continente americano e asiático. Este período foi substancialmente de aperfeiçoamento tecnológico, onde ampliaram os lucros das indústrias e o início dos incentivos às pesquisas, sobretudo da medicina. A descoberta do petróleo e seus derivados trouxe uma revolução nos motores, que antes usavam carvão para produzir vapor e converter energia térmica em cinética. Em 1878 o alemão Nikolaus A. Otto apresentou o primeiro protótipo de motor a combustão interna de 4 tempos, utilizando o benzeno como combustível e posteriormente foi batizado de ciclo Otto, sendo utilizado outros combustíveis. Em 1897 o francês Rudolf Diesel construiu o primeiro motor a combustão interna de ignição por compressão, batizado de ciclo Diesel que possuía 25% de eficiência utilizando um óleo derivado do petróleo, o óleo Diesel. Desde 1600 a eletricidade começou a ser estudada, inicialmente pelo inglês William Gilbert, passando pelo estadunidense Benjamin Franklin (1752), pelo italiano S. Dal Negro (1832), mas foi apenas em 1866 que o alemão Werner Siemens construiu o primeiro motor/dínamo e em 1879 aplicado em uma Locomotiva com 2kW de potência. Junto com essa grande evolução das pesquisas resultando nos primeiros produtos com esses conceitos práticos, a indústria siderúrgica estava veemente. Anteriormente utilizando apenas ferro, que possui muitas impurezas e um alto teor de carbono, passou-se a utilizar o aço minimizando a quantidade de carbono e impurezas. Desta forma podendo empregar maior resistência e dureza, melhorando significativamente a qualidade do produto. 7 Em 1769 o francês Nicolas Joseph Cugnot produziu a primeira carruagem a vapor, mas foi somente em 1885 os ingleses Karl Benz e Gottlieb Daimler construíram a primeira carruagem com motor a gasolina, e podem ser considerados como os pioneiros do carro moderno. Em meados de 1900, o americano Frederick Taylor desenvolveu um sistema de gestão de produção, visando a redução do tempo de produção, economizando os esforços produtivos e visando extrair o máximo de rendimento de cada funcionário. Em 1914, o também americano Henry Ford, utilizou deste sistema e o aperfeiçoou na então primeira fábrica de automóveis seguindo o sistema de linha de produção. Levando em consideração o controle de qualidade com a matéria prima, gestão de estoque, frequentes aferições de qualidade durante a produção e a produção padronizada. “Temos aqui a principal característica do período técnico da segunda revolução industrial: a separação entre concepção e execução, separando quem pensa (o engenheiro) e quem executa (o trabalhador em massa).” CASTELIS, Manuel. Neste período tantos outros produtos foram inventados. O relógio de pulso em 1868 pelos poloneses Antoni Patek e Adrien Philippe, o telefone em 1876 pelo estadunidense Graham Bell, o avião em 1906 pelo brasileiro Alberto Santos Dummont, a geladeira doméstica em 1916 pelo estadunidense Fred Wolf Jr., 2.3 Terceira revolução industrial Iniciadalogo após a segunda guerra mundial (1945), a economia internacional iniciou uma profunda transformação, a evolução tecnológica é o resultado da integração entre a ciência e a produção. Neste período, os avanços científicos espalham-se para todo o mundo. Ocorreram avanços significativos na área de robótica, telecomunicações, biotecnologia, genética, eletrônica. Boa parte desses avanços tecnológicos propiciam o que é conhecido como globalização. O objetivo principal se definia em diminuição de tempo e das distâncias, transmitindo informações em tempo real, ligando pessoas e lugares ao redor do globo. As atuações dos trabalhadores passaram a ser mais criativas, possuindo jornada de trabalho mais flexível e em contra partida começou-se a exigir um nível 8 de qualificação bem mais elevado. Enquanto os setores operacionais das fábricas foram sendo pouco a pouco substituídos por robôs, que possuem velocidade de produção e precisão muito maior. Outras atividades insalubres também começaram a ser substituídas por robôs. Na década de 1970, iniciou-se o Toyotismo, sistema de gestão fabril tão importante para a terceira revolução industrial, quanto o fordismo para a segunda. Eiji Toyoda começou a desenhar esse sistema, após a segunda guerra mundial, visando adaptar o modelo fabril da época a realidade japonesa. Como mercado retraído, dificuldade de obter matéria-prima e um país literalmente destruído. Seria necessário obter o menor custo possível na fabricação. Produção adequada a demanda, estoque reduzido, automatização, mão de obra qualificada e multifuncional e diversificação do catálogo de produtos fabricados. Alinhados com a filosofia Just-in-time. “Just-in-time é um sistema que tem por objetivo produzir a quantidade demandada a uma qualidade perfeita, sem excesso e de forma rápida, transportando o produto para o lugar certo no tempo desejado” (Hall, R. W., 1983). 2.4 Quarta revolução industrial O conceito da quarta revolução industrial ou simplesmente indústria 4.0 surgiu pelo diretor e fundador do fórum econômico mundial Klaus Schwab. A expansão da indústria 4.0 iniciou com o surgimento de novos ramos tecnológicos como: nanotecnologia, neuro tecnologia, biotecnologia, robótica, inteligência artificial e armazenamento de energia. Abaixo veremos as principais vantagens e desvantagens da instalação desse novo modelo de indústria automatizada na esfera global: Vantagens: ● Aumento da produtividade; ● Eficiência; ● Redução de custos de produção; ● Manufatura avançada Desvantagens: ● Desemprego; ● Dificuldade para encontrar mão de obra capacitada; 9 ● Cyber ataques Analisando os itens listados é de grande importância ressaltar que esse tipo de implantação em países emergentes, como é o caso do Brasil, pode aumentar os índices de desemprego, devido ao nível de escolaridade que não é compatível para lidar com esse novo modelo de mercado, gerando, dessa forma, uma maior eficiência no processo produtivo, porém desfavorecendo determinadas classes sociais. Uma metodologia para minimizar os impactos relacionados à implantação da indústria 4.0 seria investir na qualificação da mão de obra especializada, para que então não se tenha apenas um desenvolvimento tecnológico, promovendo, assim, a igualdade social. 2.5. Elementos da indústria 4.0 2.5.1 Nanotecnologia A nanotecnologia é o ramo da indústria que atua em escala atômica e molecular. Várias pesquisas são feitas usando esse tipo de tecnologia como é o caso da medicina, eletrônica, ciências e engenharia dos materiais. Cientistas utilizam a nanotecnologia para modernização e melhora contínua da indústria, meio ambiente, segurança e energia, um exemplo básico é o DNA que mede 2,5 nanômetros de diâmetro humano permitindo a análise e estudos avançados para medicina desenvolver métodos de que possam impactar positivamente na vida humana. 2.5.2 Biotecnologia Segundo a ONU (Organização das Nações Unidas), “biotecnologia significa qualquer aplicação tecnológica que utilize sistemas biológicos, organismos vivos, ou seus derivados, para fabricar ou modificar produtos ou processos para utilização específica.” Esse foi o conceito definido pela a ONU em uma convenção da biodiversidade sobre a biotecnologia, e já que a especialização da biotecnologia é a invenção e modificação de determinados sistemas, esse são exemplos de pesquisas que resultaram em grandes descobertas para humanidade: marcadores 10 moleculares, engenharia genética, sequenciamento de DNA, clonagem de animais, e estudos relacionados às células troncos. 2.5.3 Neuro tecnologia Esse é um avanço da tecnologia que está relacionado à vida humana e permite compreender todo o sistema humano que está relacionado ao cérebro, como a consciência e o processo de pensamento humano. Atualmente existem equipamentos que são colocados no topo da cabeça humana, e tem um papel importante na realização de tarefas para pessoas que sofreram algum tipo de acidente cerebral, e, além dessas tecnologias, existem estudos e pesquisas que vêm sendo realizadas com o objetivo de avançar significativamente nesta área, como, por exemplo, o cérebro ter a capacidade de fazer download de seus pensamentos. 2.5.4 Robótica A robótica talvez tenha sido uma das áreas na indústria 4.0 que a sociedade tem mais conhecimento atualmente. Ela é empregada em vários setores e um dos principais campos de atuação é na indústria automotiva, e dessa maneira podemos afirmar que essa tecnologia é um fator bastante ponderado para a economia mundial, pois contribui positivamente para aumentar a produção não só no meio automotivo, mas também em cirurgias médicas onde envolvem equipamentos robóticos que aumentam a segurança para, por exemplo, realizar testes e, embalar e etiquetar grandes quantidades de itens materiais, tornando, assim, esses equipamentos essenciais para produção em larga escala em um menor período de tempo. 2.5.5 Inteligência artificial A inteligência artificial ganhou espaço no cenário mundial devido à grande expansão de tecnologias e dispositivos eletrônicos. Este é um conceito que teve início de desenvolvimento nos EUA por volta de 1950, mas só se tornou popular ao senso comum atualmente. Um exemplo desta tecnologia é capacitar um carro 11 (máquina) a conduzir e controlar seus movimentos sem nenhum envolvimento humano. Isto se dá através de computadores que são programados para desempenhar o controle do veículo, por meio de sistemas envolvendo tecnologias de ponta que potencializam os aparelhos para realizar tarefas específicas pelo processamento de dados. 2.6 Soft e hard skills Hard skills e soft skills têm sido temas recorrentes na gestão de recursos humanos nas empresas e fazem parte da Indústria 4.0. Skill é um termo em inglês que pode ser traduzido para o português como habilidade / competência, ou seja: a aptidão para executar algo. Assim, hard skills e soft skills são nomenclaturas destinadas às competências técnicas e comportamentais de uma pessoa. 2.6.1 Hard Skills São habilidades possíveis de serem quantificadas.Também podem ser ensinadas ao longo de processos de aprendizagem, dentro e fora da empresa, como em graduação, MBA, mestrado ou doutorado, proficiência em uma determinada língua, certificações específicas, dentre outras. Dentro do curso de engenharia, o conceito hard skills se apoia, basicamente, na grade curricular do aluno, em matérias ministradas nas aulas, trabalhos extracurriculares, visitas técnicas e, devido à amplitude do setor da engenharia, o aperfeiçoamento em uma determinada área. De modo geral, é possível mensurar se um determinado profissional possui hard skills por meio de testes práticos ou até mesmo por questionamentos sobre a sua formação, os livros lidos, treinamentos e cursos que participou ao longo da carreira. A formação em engenharia mecânica, naturalmente desenvolve o grupo de habilidades hard skills, como raciocínio lógico, programação, tecnologia da informação e cálculos. Atualmente o mercado de trabalho valoriza outras muitas, como Domínio de PHP, Gestão de Projetos, Gestão de Pessoas, Domínio de um segundo idioma (principalmente inglês), Mecânica de motores, Programação, Domínio de Excel avançado, entre outros. 12 2.6.2 Soft skills É um termo em inglês usado para definir habilidades comportamentais e competências subjetivas desenvolvidas ao longo da vida e que, geralmente, são mais difíceis de definir e mensurar, como habilidade com pessoas e habilidades interpessoais. Estão relacionadas com as capacidades pessoais e de interagir e lidar com outras pessoas no ambiente de trabalho. Dentre todas, podemos exemplificar: criatividade, ética, atitude, pensamento crítico, resolução de conflitos, tomada de decisão, empatia e resiliência. Muitas delas são mais importantes em determinadas profissões do que outras, e são consideradas para um bom engenheiro: criatividade, comunicação eficiente, pensamento crítico, negociação, gestão de pessoas, trabalho em equipe, inteligência emocional e gestão do tempo. 2.6.2.1 Criatividade Um engenheiro está sujeito à resolução de diversos problemas, desde situações mais simples até sistemas complexos. Daí vem a importância de se ter soluções criativas, pois nem sempre as decisões serão baseadas em números e estatísticas para a resolução de problemas. A chave aqui é usar os conhecimentos e aplicá-los de formas diferentes em cada situação. As empresas valorizam profissionais que conseguem imaginar e aplicar diferentes saídas para resolver problemas. Essas habilidades demonstram que sua formação é baseada em inteligências multidisciplinares. 2.6.2.2 Comunicação eficiente É necessário a habilidade de se comunicar com pessoas de outras áreas e clientes que, geralmente, não tem formação técnica. A comunicação eficiente é uma das soft skills mais relevantes, pois se faz necessário que, durante a comunicação, a pessoa seja capaz de traduzir seu conhecimento especializado em termos que outras pessoas possam entender. 2.6.2.3 Pensamento Crítico Pode ser definido como a capacidade de refletir e questionar ações e seus impactos. Muito mais que somente executar tarefas, um engenheiro deve se questionar e planejar o que está fazendo e o que fará na sequência. Todos os dias é necessário tomar decisões no trabalho, e muitas vezes elas são feitas à pressa e sob pressão. Então, é importante relacionar as competências técnicas com o 13 pensamento crítico, sempre medindo as vantagens e desvantagens de cada decisão. 2.6.2.4 Negociação Um bom negociador é aquele que encara toda e qualquer circunstância onde é preciso conseguir um acordo. Seu foco deve estar no interesse mútuo e não nas posições que a outra parte vir a apresentar. Nem sempre o que for apresentado será a única solução para o problema. 2.6.2.5 Gestão de pessoas e trabalho em equipe Diz respeito a obter o melhor resultado de cada pessoa. Além disso, é necessário estimular as competências coletivas, como forma de fazer com que trabalhem em equipe. Só é possível conseguir um melhor aproveitamento nas atividades pela partilha de responsabilidades entre pessoas e pela gestão eficaz do trabalho. Contudo, muitos engenheiros, principalmente em início de carreira, têm dificuldades com isso. Pode parecer que não, mas delegar tarefas e manter uma equipe unida em prol de um resultado, muitas vezes se torna uma tarefa árdua. 2.6.2.6 Inteligência emocional Indispensável para qualquer cargo, mas especialmente importante em situações de stress e grande pressão. Engenheiros trabalham para resultados e geralmente isso vem acompanhado de grandes responsabilidades. De nada adianta ser super produtivo, mas ser abalado facilmente com mudanças repentinas. As empresas, cada vez mais, têm buscado profissionais que são autocentrados e consigam ser calmos e enérgicos no momento certo. Isso vem de um autoconhecimento e com a maturidade. Além disso, podemos destacar positivamente profissionais que têm capacidade de se colocar no lugar do outro e entender seus sentimentos. A isso chamamos de empatia. 2.6.2.7 Gestão do tempo Gerenciar a própria rotina e o tempo dos outros, levando em conta os objetivos como controle, planejamento e programação da produção, têm muito valor agregado ao trabalho, e essa soft skill está ligada diretamente à produtividade. Então é necessária uma harmonia, nem com cargas assoberbadas de trabalho e nem com períodos ociosos. Quando um funcionário trabalha excessivamente se sente estressado. Por outro lado, se ele tem uma demanda menor, pode se sentir desmotivado. Por isso, o equilíbrio é fundamental. 14 2.7. Sociedade 5.0 A sociedade 5.0 basicamente é uma revolução que promete colocar o mundo ao nosso favor e reposicionar as tecnologias que criamos em nosso próprio benefício, visando melhorar a qualidade de vida dos seres humanos. Enquanto a Indústria 4.0 tem como objetivo melhorias nas fábricas, a Sociedade 5.0 procura posicionar o ser humano no centro da inovação e transformação tecnológica o Japão foi o país idealizador desse conceito e já está trabalhando para implantar em sua sociedade. A nova era da Sociedade 5.0 passa pela compreensão de que tudo no futuro estará conectado e que a sociedade terá que ser adaptável, o Japão já começa a dar passos nesse sentido com planos concretos para uma profunda integração da tecnologia, com investimentos altíssimos em inteligência artificial, robótica, Big Data, em caminhões autônomos e em entregas com drones. Os sistemas inteligentes não serão considerados algo ruim, mas sim, aliados para resolver problemas como envelhecimento da população, limitação de energia elétrica, desastres naturais, segurança e desigualdade social. Embora as pesquisas digam que com a chegada da Indústria 4.0 metade dos empregos atuais corre risco de desaparecer devido à revolução tecnológica, Yoko Ishikura, consultor independente do Fórum Económico Mundial, acredita que graças à Sociedade 5.0 eles vão sofrer apenas alterações e precisamos nos adequar a uma nova realidade, é essencial que comecemos a nos preparar para diferentes formas de trabalho, diferentesdas que conhecemos hoje. 2.7.1 O que é? A sociedade 5.0 é uma proposta de modelo de organização social em que tecnologias como Big Data, Inteligência Artificial e Internet das Coisas (IoT) são usadas para criar soluções com foco nas necessidades humanas basicamente é um projeto do governo japonês que lançou o 5º Plano básico de Ciência e Tecnologia em janeiro de 2016, um documento que definia políticas de inovação a serem estimuladas pelo país entre 2016 e 2021. Dentro do plano, constava o conceito de Sociedade 5.0, descrito como uma sociedade que o Japão deveria aspirar no futuro 15 que busca equilibrar o avanço econômico com a resolução de problemas sociais, abaixo veremos seus conceitos e funcionalidades de forma específica: 2.7.1.1 Big Data É a área do conhecimento que estuda como tratar, analisar e obter informações a partir de conjuntos de dados grandes demais para serem analisados por sistemas tradicionais. 2.7.1.2 Inteligência artificial É um modelo de inteligência similar à humana exibida por mecanismos ou software, além de também ser um campo de estudo acadêmico. 2.7.1.3 Internet das coisas (loT) Conceito que se refere à interconexão digital de objetos cotidianos com a internet, conexão dos objetos mais do que das pessoas. Em outras palavras, a internet das coisas nada mais é que uma rede de objetos físicos capaz de reunir e de transmitir dados. Esse modelo busca prover os serviços necessários para o bem-estar a qualquer hora, em qualquer lugar e para qualquer pessoa. Isso acontece graças ao planejamento de cidades totalmente conectadas, nas quais o ciberespaço se integra de maneira harmônica com o mundo físico. 2.7.2 Os principais valores Um dos valores é a qualidade de vida a meta é que nossas vidas se tornem mais confortáveis, independentemente de nossa idade ou gênero. O trabalho pesado deve ser praticamente eliminado graças à automação, permitindo que utilizemos nosso tempo para realizar tarefas mais carregadas de raciocínio lógico. A saúde avançará com o Big Data, robôs, biogenética e outras tecnologias, permitindo viver com maior qualidade de vida até uma idade avançada. As cidades também serão mais seguras e convenientes, muito menos estressantes, pouco perigosas e nocivas à saúde do que são atualmente. O objetivo da Sociedade 5.0 é construir um mundo menos segregado de classes sociais, em que todos têm acesso igual aos benefícios que a tecnologia trará como a saúde, segurança, educação e qualidade de vida acessível a todos. A inclusão é um valor chave pois caso não fosse, a desigualdade provavelmente seria acentuada e enraizada nessa nova sociedade, dessa forma, elevaria a desigualdade 16 e tornaria esse modelo restritos às camadas sociais menos favorecidas monetariamente. Outro ponto que devemos ressaltar é a sustentabilidade que é uma premissa para a evolução e adoção das tecnologias. Um dos principais pilares é a expansão das energias renováveis e o abandono de combustíveis fósseis, a ascensão dos carros elétricos, por exemplo, já começou e irá contribuir de forma benéfica para a diminuição dos níveis de poluentes na atmosfera do planeta. 2.7.3 Como funciona A Sociedade 5.0 alcança muita convergência entre o espaço virtual e físico, fica mais fácil entender se compararmos com a Sociedade 4.0, na qual nós acessamos bancos de dados na nuvem para encontrar e analisar informações. Na Sociedade 5.0 esses dados acumulados no ciberespaço são analisados por uma Inteligência Artificial, o que resulta em diversas formas de interação com os humanos no espaço físico. Pessoas, objetos e sistemas são conectados para otimizar os resultados e produzir valores que antes não eram possíveis obter. Alguns exemplos são os drones, os veículos aéreos não tripulados devem ser cada vez mais usados na entrega de mercadorias e no atendimento a desastres. Através de Internet das Coisas e Inteligência Artificial, as casas passarão a ser mais conectadas, eficientes e confortáveis. Na medicina e área da saúde em geral os robôs erram menos e serão fundamentais para encarar o desafio do envelhecimento da população, eles também assumirão trabalhos pesados (na agricultura, construção e limpeza), eliminando a necessidade de humanos ocupando essas posições desgastantes. Soluções da computação em nuvem vão beneficiar pequenas e médias empresas, assim como empreendedores individuais, que terão gestão mais profissional e eficiente, essa evolução desemboca no que é chamado de Smart City. O Smart City significa literalmente cidade inteligente, em inglês. O termo é utilizado para denominar as cidades conectadas, cujos espaços públicos e rotinas se tornam mais eficientes graças ao uso criativo e inteligente das tecnologias da informação. O objetivo é fazer com que a tecnologia traga benefícios aos cidadãos e sem agredir o meio ambiente. Uma Smart City pode ter redes hidráulicas controladas por 17 centrais remotas, transporte público integrado, sistemas elétricos autônomos e informações de Big Data para embasar a tomada de decisões do poder público. A forma mais simples e direta de falar sobre o assunto é considerar que cidades inteligentes são aquelas que usam dispositivos conectados para monitorar e gerenciar as ruas e os espaços públicos, o conceito vai muito além disso. Em seu significado mais amplo, Smart City são centros urbanos que vêm incorporando tecnologias e soluções de TI para integrar e otimizar as operações municipais, reduzindo custos e melhorando a qualidade de vida de seus habitantes. Uma cidade que atinge esse patamar, não é apenas conectada, mas sim uma região viva e sustentável que consegue usar a inteligência a favor da administração e da gestão de recursos, além de garantir mais segurança e praticidade no uso de vias e outros aparatos públicos. 18 2.7.4 Principais tecnologias Para que as máquinas e robôs funcionem e mantenha o conceito de uma ideia que trará o maior número de benefícios para sociedade, serão utilizadas energias renováveis como a solar e eólica eliminando dessa maneira a utilização de recursos nocivos ao meio ambiente. A inteligência Artificial é a capacidade de máquinas e sistemas tomarem decisões sem a interferência humana. Outra tecnologia, o Machine Learning, permite às máquinas aprenderem com a experiência adquirida. Na robótica os robôs com Inteligência Artificial e Machine Learning tomarão conta dos serviços pesados na agricultura, limpeza e outros ramos, diminuindo os acidentes de trabalho. Internet das Coisas também conhecida pela sigla IoT (Internet of Things), é a tecnologia que permite que objetos (como eletrodomésticos) estejam conectados à rede e funcionem de maneira mais eficiente por meio da coleta e interpretação de dados e por último não menos importante os veículos autônomos para que o transporte e meios de locomoção funcionem sem piloto, eles iram utilizar várias tecnologias como Inteligência Artificial, Internet das Coisas, computação em nuvem e energias renováveis 2.7.5 Os desafios Várias das tecnologias mencionadas acima já foram desenvolvidasou estão em estágio avançados de desenvolvimento, porém um dos principais desafios a serem enfrentados são as mentalidades individualistas dos seres humanos que predomina até os dias atuais, ou seja, são ferramentas que para serem adquiridas necessitam de um alto poder aquisitivo para compra e implantação. Atualmente boa parte das empresas de tecnologias colocam os lucros em primeiro lugar nas listas de prioridades esse é um ponto que tem mudado muito pouco e está sendo e será um dos principais desafios a serem equilibrados para implantação mundial desse sistema de sociedade idealizada. Cabem as lideranças políticas e governamentais se imporem para sanar esses atritos econômicos gerados para adquirir essas tecnologias, pois elas serão 19 essenciais para manutenção do meio ambiente e na busca por uma sociedade mais justa e igualitária. 2.8 Automação A automação residencial, também conhecida como domótica (casa + robótica em latim), é o conceito de implementar ações de forma automática. Muito usado para ampliar a acessibilidade de portadores de necessidades especiais, com atividades cotidianas, como o abrir e fechar de uma janela, por exemplo. Ainda, com os avanços, são conceitos e aplicações que podem controlar o consumo de energia elétrica, proporcionando maior conforto e comodidade aos usuários, ganhando então maior visibilidade. Nos últimos anos houve um grande crescimento no mercado de automação residencial, muitos fabricantes de equipamentos eletrônicos começaram a lançar produtos com esse foco. Com interfaces amigáveis e intuitivas, muitas vezes sem a necessidade de escrever uma linha sequer de programação. Por isso atualmente este é um mercado bastante democrático em relação aos custos, variando da complexidade do sistema e das tecnologias embarcadas. Para instalar um sistema de iluminação automática em um ambiente, basta adquirir um roteador wireless, uma lâmpada automatizável e um assistente eletrônico com comandos de voz. Preços dos itens de automação residencial Fonte: Amazon.com 20 Em outubro de 2020, era possível implementar essa automatização de 1 cômodo, por pouco a mais de 600 reais. Para uma residência de 4 cômodos os custos são aproximadamente de mil reais. Para projetos mais complexos, pode-se facilmente passar dos 50 mil reais, onde é possível controlar a irrigação do jardim, controle do ar-condicionado, iluminação, sistema de som e televisão, ajuste de temperatura do chuveiro, controle de janelas e cortinas. 21 3. PROJETO Para projetos mais complexos e de baixo custo, é comumente utilizado o desenvolvimento próprio com microcontroladores Raspberry ou Arduino. Neste projeto será utilizado o Arduino, sendo desenvolvido em um ambiente próprio e atendendo uma residência para o controle de iluminação interna e externa, portão, ar-condicionado, sistema de segurança, cortinas e irrigação. Para a realização deste projeto utilizaremos o Arduino Mega com wifi Shield, com linguagem Wiring (C/C++) em ambiente de desenvolvimento integrado (IDE). O wifi Shield será responsável pela comunicação entre o sistema e o usuário, enquanto o Arduino Mega irá processar as solicitações, informações dos sensores e comandar os atuadores. 3.1 Principais componentes 3.1.1 Arduino Mega Arduino Uno (considerado o modelo padrão) possui um processador ATmega328P em 16 Mhz, memória de 32 Kb e 2 Kb em SRAM, alimentação variando de 5v a 12v, com 14 pinos digitais, sendo 6 em PWN e 6 analógicos. É inferior à demanda do projeto, e por isso será necessário utilizar a versão Mega que trabalha com um processador ATmega2560 que, embora trabalhe nos mesmos 16Mhz, possui maior capacidade de processamento, aliado ao espaço de armazenamento 8 vezes maior e 4 vezes mais memória SRAM. O número de portas também é maior, são 54 pinos digitais dos quais 15 com PWN, 16 pinos analógicos e 4 conexões seriais. Arduino Mega Fonte: Flipflop 22 3.1.2 Wifi shield O Arduino Wifi shield permite que o Arduino seja conectado a internet via rede wireless (sem fio) B ou G, em protocolos WEP, WPA e WPA2. Possui também slot para cartão micros, onde será possível armazenar arquivos extras. Wi-fi Shield Fonte: Flipflop 3.1.3 Sensor RFID Este sensor faz a leitura de dados contidos em cartões ou adesivos, com a tecnologia RFID (Radio-Frequency IDentification, identificação de radiofrequência). Esses cartões são energizados por aproximação e transmitem via uma mini antena embutida, pequenos dados, comumente utilizados para a identificação de credenciais. Sensor RFID Fonte: Flipflop 3.1.4 Sensor LDR 23 O sensor de foto resistência ou resistor dependente de luz, possui uma resistência variável conforme a intensidade de luz. Também conhecido como fotocélula ou sensor crepuscular, é muito utilizado em iluminação pública para acendimento automático de postes e placas. Sensor LDR Fonte: Flipflop 3.1.5 Sensor DHT11 Este sensor possui um termômetro e um hidrômetro embarcados, desta forma é possível medir temperaturas entre 0°C e 50°C e a umidade relativa do ar entre 20% e 90%. Comumente utilizado em estufas de plantas e câmaras de armazenamento de produtos perecíveis. Sensor DHT11 Fonte: Flipflop 3.1.6 Atuadores Os atuadores são motores de corrente contínua que possuem a capacidade de converter energia elétrica em mecânica. Atuador mecânico 24 Fonte: Flipflop 3.2 Desenvolvimento do sistema Para esse projeto haverá um conjunto de componentes de hardware gerenciados por um software capaz de interagir via web com o usuário, por meio de uma página da web. Por sua vez, os sensores serão responsáveis por perceber e informar qualquer mudança de estado para o Arduino, que irá processar e analisar essas informações e comandar os atuadores ou a sirene do sistema de segurança. Esta página da web ficará armazenada no Arduino, o Wifi Shield será responsável pela comunicação da interface web, que poderá ser acessado em uma página de HTML. 3.3 Lógica de funcionamento Para o perfeito funcionamento do sistema existem alguns requisitos necessários: -Sistema estar alimentado com energia elétrica; -Sistema estar conectado a uma rede wifi; -Sistema estar conectado a uma rede de internet; -Sistema deve informar via página HTML do estado atual dos sensores; -Usuário possuir um dispositivo móvel (smartphone ou tablet) ou computador conectado à internet; Para efetuar os comandos no sistema, deverá seguir o fluxograma abaixo: Fluxograma de operação 25 Fonte: Imagem dos Autores 26 4 PROGRAMAÇÃO #include <SPI.h> #Include <String.h> #include <SFE_CC3000.h> // Pinos #define CC3000_INT 2 //Pino de interrupcao (D2 ou D3) #define CC3000_EN 7 //Pode ser qualquer pino digital #define CC3000_CS 10 //Preferencialmente pino 10 do Arduino Uno #define FW_VER_LEN 2 //Armazena o valor do firmware #define MAC_ADDR_LEN 6 //Armazena o endereço MAC #define IP_ADDR_LEN 4 //Tamanho do endereco IP, em bytes char ap_ssid[] = "FILIPEFLOP"; //Nome da rede Wireless char ap_password[] = "12345678"; //Senha da rede Wireless unsigned int ap_security= WLAN_SEC_WPA2; //Tipo de seguranca da rede unsigned int timeout = 30000; //Milisegundos char remote_host[] = "www.filipeflop.com"; //Site para teste unsigned int num_pings = 3; // Numero de pings SFE_CC3000 wifi = SFE_CC3000(CC3000_INT, CC3000_EN, CC3000_CS); Int nl = l3; //Portão cobertura Int n2 = l2; //Portão cobertura Int n3 = l1; //Portão Garagem Int n4 = 9; //Portão Garagem Int Led1 = 14; //lâmpada Cozinha Int led2 = 15; //Lampada sala Int led3 = 16; //Lampada sala de jantar Int led4 = 17; //Iluminação externa Int led5 = 18; //iluminação do muro Int LDR = A0; //variável para a leitura do LDR Int laser = A2; // Variável do Laser Int alarme = 3; //variável da Sirene Int LDR2 = A1; //Variavel para a leitura do LDR alarme Float sinVal; String fornecida = String(30); String statusled; String statusMotorCobertura = “abrir”; String statusMotorPortão = “abrir”; String statusSeguranca = “ligar”; Void setup (){ pinMode(n1, output); pinMode(n2, output); pinMode(n3, output); pinMode(n4, output); pinMode(led1, output); pinMode(led2, output); pinMode(led3, output); pinMode(led4, output); pinMode(led5, output); pinMode(A0, input); pinMode(A1, ouput); pinMode(alarme, ouput); pinMode(A2, ouput); Serial.begin(115200); //Inicia a serial } 27 Void Loop (){ If (statusSegurança == “desligar”){ Digitalwrite(led5,HIGH); If(analogread(LDR2)>50){ For (int x=0;x<180;X++){ SinVal = (sin(x*(3.142/180))); Alarme = 3050+(int(sinVal*1000)); Tone(3,alarme); Delay(2); } else {noTone (3);} digitalWrite(led5,LOW); } If (statusSegurança ==”Ligar”){ If(analogRead(LDR)>600){ digitalWrite(A2,HIGH): digitalWrite(led5,HIGH); if(analogRead(LDR2)>50) { For (int x=0;x<180;X++){ SinVal = (sin(x*(3.142/180))); Alarme = 3050+(int(sinVal*1000)); Tone(3,alarme); Delay(2); 28 5. TABELA DE CUSTO FONTE: AUTOR 29 6 CONCLUSÃO A história relata a grande importância da engenharia nos principais avanços tecnológicos (revoluções), e, partindo dos princípios de mecanismos e articulações, destaca potencialmente a engenharia mecânica. Nos dias atuais, inclusive na Indústria 4.0, com base nos estudos apontados na estrutura desta pesquisa, temos que os atributos voltados à mecânica e aos seus engenheiros ainda se fazem presentes e necessários, visto que mecanismos de movimentos, estruturas de processos, linhas de produção, projetos, entre outros, tendem a ser administrados e executados pelos profissionais desta área, desde que estes estejam atualizados para trazer soluções que sejam compatíveis com os avanços tecnológicos de cada época. Portanto, é possível concluir que a Indústria 4.0 necessita das capacidades e habilidades dos profissionais da engenharia mecânica, porém, para que os resultados sejam satisfatórios, estes engenheiros devem acompanhar os avanços tecnológicos, mantendo a essência e os conceitos adquiridos ao longo dos estudos. 30 7. REFERÊNCIAS ARDUINO APRENDIZES. História do Arduino e seus modelos. Disponível em: <http://bit.ly/2AnS46d> Acesso em: 10 de Maio de 2019. ARDUINO. Arduino Products. Disponível em: <http://bit.ly/1Unx9kj> Acesso em: 10 de Maio de 2019. CAMCELLGLIERE, E. O que é IDE. Disponível em: <http://bit.ly/2A0vfFe> Acesso em: 10 de Maio de 2019. ELETRÔNICA PROGRESSIVA. Microcontroladores – O que são, para que servem e onde são usados. Disponível em: <http://bit.ly/2iHOpWG> Acesso em: 10 de Maio de 2019. THOMSEN, A. O que é Arduino. Disponível em: <http://bit.ly/2hOIn5r> Acesso em: 10 de Maio de 2019. ADMINISTRADORES. 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