O Que é Indústria 4.0 na pratica e Como Ela Vai Impactar a indústria mundial e a brasileira por Genilson Pavão

Por em 11 de maio de 2018

1. O que é afinal a Indústria 4.0

Antes de qualquer coisa, pensemos afinal o que é a indústria 4.0? Será mais um conceito de modismo, como facebook, Orkut ou é algo diferente. Na verdade este é um conceito de indústria proposto a um tempo atrás na Alemanha e na sua raiz base (core) o mesmo engloba as principais inovações tecnológicas dos campos de automação, controle e tecnologia da informação, aplicadas aos processos de manufatura.

Os Sistemas de produção que fizerem trocas de informação com bases de dados, sejam para produzir ou com os dados da produção das maquinas, seja localmente ou com o auxílio da Internet das Coisas) com a Internet dos Serviços, faram com que os processos de produção ou manutenção se tornem cada vez mais eficientes, autônomos e customizáveis.

Isso significa um novo período no contexto das grandes revoluções industriais. Com as fábricas inteligentes, diversas mudanças ocorrerão na forma em que os produtos serão manufaturados, causando impactos em diversos setores do mercado.

A seguir ilustraremos um breve histórico das revoluções industriais seguida pela quarta revolução, ou Indústria 4.0.

Figura 01: Resumo das três revoluções industriais seguida pela quarta revolução, ou indústria 4.0 (Fonte Wikipedia)

2.Breve Histórico

O termo indústria 4.0 se originou a partir de um projeto de estratégias do governo alemão voltadas à tecnologia. O termo foi usado pela primeira vez em 2011.

Em outubro de 2012 o grupo responsável pelo projeto, idealizado pelos pesquisadores Siegfried da Robert Bosch Stiftung GmbH (Fundação Robert Bosch), que é uma instituição de caridade, é uma das principais fundações privadas da Europa, conhecida por promover as ciências naturais e sociais, incluindo saúde pública e ciência, educação, sociedade e cultura e internacional. Relações. Esta fundação foi criada em 1964, e visa promover os esforços filantrópicos e sociais do fundador Robert Bosch (1861-1942). Já seu outro criador o pesquisador Kagermann da Acatech, (em alemão Acatech), ou Academia Alemã de Ciências e Engenharia (Deutsche Akademie der Technikwissenschaften) que, representa os interesses das ciências técnicas alemãs independentemente, em autodeterminação e orientada pelo bem comum na nação e no exterior. Esta é organizada como uma academia de trabalho que assessora políticas públicas e a sociedade civil e público em geral em questões relativas às ciências, técnicas e políticas de incentivo a tecnologia no pais.

Estes resumiram suas ideias é apresentaram um relatório de recomendações para o ministério da ciência e tecnologia do governo Federal Alemão, a fim de planejar sua implantação. Então, em abril de 2013 foi publicado na mesma feira um trabalho final sobre o desenvolvimento da indústria 4.0. Seu fundamento básico implica que conectando máquinas, sistemas e ativos, as empresas poderão criar redes inteligentes ao longo de toda a cadeia de valor que podem controlar os módulos da produção de forma autônoma. Ou seja, as fábricas inteligentes terão a capacidade e autonomia para agendar manutenções, prever falhas nos processos e se adaptar aos requisitos e mudanças não planejadas na produção.

3. Indústria 4.0 no Brasil

Indústria 4.0 ou Quarta Revolução Industrial é uma expressão que engloba algumas tecnologias para automação e troca de dados e utiliza conceitos de Sistemas ciber-Físicos, Internet das Coisas [1] e Computação em Nuvem. [2][3][4]

A Indústria 4.0 facilita a visão e execução de “Fábricas Inteligentes” com as suas estruturas modulares, os sistemas ciber-físicos monitoram os processos físicos, criam uma cópia virtual do mundo físico e tomam decisões descentralizadas. Com a internet das coisas, os sistemas ciber-físicos comunicam e cooperam entre si e com os humanos em tempo real, e através da computação em nuvem, ambos os serviços internos e intra-organizacionais são oferecidos e utilizados pelos participantes da cadeia de valor. [2].

A Indústria 4.0 desponta como caminho natural para aumentar a competitividade do setor por meio das tecnologias digitais. No Brasil ainda é pouco utilizada pelas empresas nacionais. O atraso brasileiro diante da integração das tecnologias físicas e digitais em todas as etapas de desenvolvimento de um produto fica evidente porque 43% das empresas não identificam quais tecnologias têm potencial para alavancar a competitividade do setor industrial. Nas pequenas empresas, esse porcentual sobe para 57%. Entre as grandes, a fatia recua para 32%. [6] De acordo com pesquisa nacional sobre adoção de tecnologias digitais relacionadas à era da manufatura avançada, realizada pela Confederação Nacional da Indústria (CNI), a indústria brasileira ainda está se familiarizando com a digitalização e com os impactos que pode ter sobre a competitividade. O desconhecimento é significativamente maior entre as pequenas empresas (57%). [7]. Ademais, infere-se que o Brasil esteja pouco preparado para a adoção em larga escala da Indústria 4.0 tendo em vista aspectos estruturais, educacionais e culturais. [8]

Reconhecendo a importância do tema, recentemente o Governo Federal, por meio do Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços (MDIC) e da Associação Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI), lançou a Agenda Brasil para a Indústria 4.0 [9], conjunto de iniciativas que visam promover o desenvolvimento da Indústria 4.0 no país.

4. Da revolução da Revolução industrial: A Indústria 4.0

Com a Internet das coisas, manufatura aditiva, produção autônoma: tudo isso deixou de ser tendência do futuro para se tornar diferencial dos negócios com novas as oportunidades cridas pela Indústria 4.0.

Se tem uma coisa que as aulas de história nos ensinaram é que a Revolução Industrial, do final do século XVIII, transformou completamente o nosso modo de viver. O consumo em massa, a urbanização e o intenso desenvolvimento tecnológico foram moldados por esse movimento e acelerados a partir de então. Nessa evolução, podemos distinguir quatro diferentes Revoluções Industriais, em menos de 180 anos:

Figura 2- Diversas fases da revolução industrial (FONTE :IBM)

Após cerca de 200 anos, chegamos à era da Indústria 4.0, a 4ª Revolução Indústrial, marcada pela completa descentralização do controle dos processos produtivos e uma proliferação de dispositivos inteligentes interconectados, ao longo de toda a cadeia de produção e logística, A Revolução Industrial transformou a vida das pessoas. Agora qualquer um consegue ter acesso a grande variedade de produtos, novas formas de geração e distribuição de energia, meios de transporte mais eficientes e houve uma migração massiva para cidades. Recentemente, a internet encolheu o planeta e revolucionou o acesso à informação e o modo de relacionamento entre as pessoas. Vivemos agora uma revolução tecnológica que promete transformar novamente a maneira como o mundo funciona, gerando crescimento econômico, empregos mais qualificados e elevação dos padrões de vida. A Internet Industrial já começou e ela une máquinas inteligentes, análise computacional avançada e trabalho colaborativo entre pessoas conectadas para gerar profundas mudanças e trazer eficiência operacional para setores industriais diversos: manufatura, transporte, energia e saúde.

Figura 3- Elementos que compõe a indústria 4.0  (FONTE :IBM)

5. Princípios da Indústria 4.0

Existem seis princípios para o desenvolvimento e implantação da indústria 4.0, que definem os sistemas de produção inteligentes que tendem a surgir nos próximos anos. São eles:

Capacidade de operação em tempo real: Consiste na aquisição e tratamento de dados de forma praticamente instantânea, permitindo a tomada de decisões em tempo real.

Virtualização: Simulações já são utilizadas atualmente, assim como sistemas supervisórios. No entanto, a indústria 4.0 propõe a existência de uma cópia virtual das fabricas inteligentes. Permitindo a rastreabilidade e monitoramento remoto de todos os processos por meio dos inúmeros sensores espalhados ao longo da planta.

Descentralização: A tomada de decisões poderá ser feita pelo sistema cyber-físico de acordo com as necessidades da produção em tempo real. Além disso, as máquinas não apenas receberão comandos, mas poderão fornecer informações sobre seu ciclo de trabalho. Logo, os módulos da fábrica inteligente trabalharão de forma descentralizada a fim de aprimorar os processos de produção.

Orientação a serviços: Utilização de arquiteturas de software orientadas a serviços aliado ao conceito de Internet of Services.

Modularidade: Produção de acordo com a demanda, acoplamento e desacoplamento de módulos na produção. O que oferece flexibilidade para alterar as tarefas das máquinas facilmente.

6. Pilares da indústria 4.0

Com base nos princípios acima, a indústria 4.0 é uma realidade que se torna possível devido aos avanços tecnológicos da última década, aliados às tecnologias em desenvolvimento nos campos de tecnologia da informação e engenharia. As mais relevantes são:

Internet das coisas (Internet of Things – IoT): Consiste na conexão em rede de objetos físicos, ambientes, veículos e máquinas por meio de dispositivos eletrônicos embarcados que permitem a coleta e troca de dados. Sistemas que funcionam a base da Internet das Coisas e são dotados de sensores e atuadores são denominados de sistemas Cyber-físicos, e são a base da indústria 4.0.

Big Data Analytics: São estruturas de dados muito extensas e complexas que utilizam novas abordagens para a captura, análise e gerenciamento de informações. Aplicada à industria 4.0, a tecnologia de Big Data consiste em 6Cs para lidar com informações relevantes: Conexão (à rede industrial, sensores e CLPs), Cloud (nuvem/dados por demanda), Cyber (modelo e memória), Conteúdo, Comunidade (compartilhamento das informações) e Customização (personalização e valores).

Segurança: Um dos principais desafios para o sucesso da quarta revolução industrial está na segurança e robustez dos sistemas de informação. Problemas como falhas de transmissão na comunicação máquina-máquina, ou até mesmo eventuais “engasgos” do sistema podem causar transtornos na produção. Com toda essa conectividade, também serão necessários sistemas que protejam o know-how da companhia, contido nos arquivos de controle dos processos.

Além destas tecnologias, outros dispositivos terão um papel importante na indústria 4.0. Como a tecnologia RFID, que vem ganhando espaço com os sistemas de rastreabilidade industrial, e os módulos IO-Link.  Esses módulos possuem endereço IP próprio, com conexões diretas de alto e baixo nível. Portanto, descentralizam e organizam a rede de sensores e demais componentes. Com o processo de modularidade da indústria 4.0, aliado à crescente quantidade de sensores que serão utilizados nas fábricas inteligentes, os módulos IO-Link desenvolvimento de sistemas Cyber-físicos para fábricas inteligentes.

Conforme o avanço das tecnologias aqui citadas, a tendência é que em um futuro próximo as fábricas se adequem ao conceito de indústria 4.0, tornando-se altamente autônomas e eficientes.

7. Impactos da Indústria 4.0:

Um dos maiores impactos causados pela indústria 4.0 será uma mudança que afetará o mercado como um todo. Consiste na criação de novos modelos de negócios. Em um mercado cada vez mais exigente, muitas empresas já procuram integrar ao produto necessidades e preferências específicas de cada cliente. A customização prévia do produto por parte dos consumidores tende a ser uma variável a mais no processo de manufatura, mas as fábricas inteligentes serão capazes de levar a personalização de cada cliente em consideração, se adaptando às preferências.

Outro ponto que será abalado pela quarta revolução industrial será a pesquisa e desenvolvimento nos campos de segurança em T.I., confiabilidade da produção e interação máquina-máquina. A tecnologia deverá se desenvolver continuamente para tornar viável a adaptação de empresas a este novo padrão de indústria que está surgindo.

Os profissionais também precisarão se adaptar, pois com fábricas ainda mais automatizadas novas demandas surgirão enquanto algumas deixarão de existir. Os trabalhos manuais e repetitivos já vêm sendo substituídos por mão de obra automatizada, e com indústria 4.0 isso tende a continuar. Por outro lado, as demandas em pesquisa e desenvolvimento oferecerão oportunidades para profissionais tecnicamente capacitados, com formação multidisciplinar para compreender e trabalhar com a variedade de tecnologia que compõe uma fábrica inteligente.

Os proponentes do termo alegam que a Indústria 4.0 afetará muitas áreas, mais notavelmente:

• Serviços e modelos de negócios
• Confiabilidade e produtividade contínua
• Segurança de TI: empresas como Symantec, Cisco e Penta Security já começaram a tratar da questão de segurança da IoT
• Segurança da máquina
• Ciclos de Vida do Produto
• Cadeia de valor da indústria
• Educação e habilidades dos trabalhadores
• Fatores socioeconômicos

8. Desafios na implementação da Indústria 4.0:

• Questões de segurança de TI, que são muito agravadas pela necessidade inerente de abrir as lojas de produção anteriormente fechadas
• Confiabilidade e estabilidade necessárias para uma comunicação máquina a máquina crítica (M2M), incluindo tempos de latência muito curtos e estáveis
• Necessidade de manter a integridade dos processos de produção
• Necessidade de evitar qualquer problema de TI, pois isso causaria interrupções de produção caras
• Necessidade de proteger o know-how industrial (contido também nos arquivos de controle do equipamento de automação industrial)
• Falta de conjuntos de habilidades adequadas para acelerar a marcha rumo à quarta revolução industrial
• Ameaça de redundância do departamento de TI corporativo
• Relutância geral em mudar pelas partes interessadas
• Perda de muitos empregos para processos automáticos e processos controlados por TI, especialmente para partes menos instruídas da sociedade
• Compromisso de baixa gerência superior
• Problemas legais pouco claros e segurança de dados
• Benefícios econômicos pouco claros / Investimento excessivo
• Falta de regulamentação, norma e formas de certificações
• Qualificação insuficiente de funcionários

9. Tendências da Indústria 4.0:

O Brasil já está se movendo rumo à Manufatura Avançada. Nos grandes centros como São Paulo, já se veem no Workshops sobre o tema, idealizado por empresas, Indústrias, universidades, etc.

A Manufatura Aditiva para fabricação de protótipos, ferramentas, dispositivos e produtos na Indústria 4.0 é uma das tendências atuais. Entre os outros temas apresentados, poderemos destacar as máquinas CNC flexíveis, a Manufatura Digital, a implantação da robótica colaborativa, entre outros aspectos são mais o menos o core da indústria 4.0. As impressões tridimensionais para a fabricação de produtos, além de componentes para a produção inteligente são novas tendências da cadeia de produção.

Não obstante e esperado por parte do governo que através de políticas de desenvolvimento de ciência e tecnologia, sejam criados novos programas de incentivo e financiamento para a implantação da indústria 4.0. Além destes itens, devem ser considerados o desenvolvimento de uma política de desenvolvimento de P&D nas universidades do pais.

As instituições de ensino têm importância fundamental no avanço desta nova tecnologia no meio acadêmico. Estas devem ter a colaboração das empresas e outras instituições no intuito de melhorar o currículo e implementar no currículo das engenharias este conceito de forma pratica e rápida.

Com a indústria 4.0 a produção pode se adaptar automaticamente à solicitação do cliente. Os critérios de capacidade em tempo real com a integração automatizada, além da virtualização dos ambientes físicos para Planejamento de percursos e Planejamento de Processos, modelamento 3D e Dispositivos de Medição, terminais inteligentes da trabalhando de forma integrada com as máquinas, farão a coleta de dados automática das máquinas e assim farão todo o registro de produção em uma tela e salvaram em um banco de dados para a análise.

A implantação de terminais inteligentes no chão de fábrica é uma tendência da Indústria 4.0, através do conceito da Manufatura sem Papel, uma solução para as pilhas de papel com ordens de produção e desenhos de projetos.

10. Referências

1. The 2016 World Economic Forum Misfires With Its Fourth Industrial Revolution Theme
2. Hermann, Pentek, Otto, 2015: Design Principles for Industrie 4.0 Scenarios, accessed on 3 February 2018
3. Jürgen Jasperneite:Was hinter Begriffen wie Industrie 4.0 stecktin Computer & Automation, 19 Dezember 2012 accessed on 23 December 2017
4. Kagermann, H., W. Wahlster and J. Helbig, eds., 2013: Recommendations for implementing the strategic initiative Industrie 4.0: Final report of the Industrie 4.0 Working Group
5. Die Evolution zur Industrie 4.0 in der ProduktionLast download on 14.
6. ↑«Pesquisa Nacional Sobre Adoção de Tecnologias Digitais Relacionadas à Era da Manufatura Avançada – Revista PEGN». Consultado em 8 de setembro de 2017
7. «Pesquisa Nacional Sobre Adoção de Tecnologias Digitais Relacionadas à Era da Manufatura Avançada – EBC». Consultado em 8 de setembro de 2017
8. Venturi, Jacir (4 de fevereiro de 2018). Estamos no limiar da Quarta Revolução Industrial». Jornal Gazeta do Povo. Consultado em 16 de fevereiro de 2019
9. «Industria 4.0  industria40.gov.br. Consultado em 26 de março de 2019

Artigo do Engenheiro  Genilson Pavão diretor de marketing do Clube de Engenharia

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