INDUSTRIA 4.0 - COMO FUNCIONA, Manuais, Projetos, Pesquisas de Mecânica

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FEVEREIRO 2021

INDÚSTRIA 4.0 E OFICINAS MECÂNICAS

Apesar de não soar como algo recente, o termo Indústria 4.0 ainda se mostra bastante desconhecido no Brasil. A Indústria 4.0 é a integração do físico com o virtual. Dessa forma, inovações tecnológicas são utilizadas para criar uma rede inteligente por toda a cadeia produtiva. Assim, máquinas, pessoas e sistemas se conectam e interagem na produção. Inteligência artificial, big data, internet das coisas, machine learning e cloud computing são alguns exemplos de tecnologias e termos que, juntos, formam a base da Indústria 4.0. São processos do setor industrial, que propiciam um setor mais inteligente e antenado com as necessidades dos seus clientes, que unem a tecnologia em prol de processos mais enxutos, mais certeiros e produtos com a cara do consumidor final.

Mas, essa integração ainda não é algo corriqueiro nas empresas brasileiras. Segundo dados apresentados em 2018 pela Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI), menos de 2% das organizações do país estavam verdadeiramente inseridas nesse conceito. Quase três anos se passaram e o cenário da Indústria 4.0 no Brasil ainda é pouco animador. Um estudo realizado recentemente pela Federação das Indústrias do Estado de São Paulo (Fiesp) mostrou que o Brasil quase não tem relevância em nenhuma das tecnologias-chaves da Indústria 4.0, também chamada de Quarta Revolução Industrial. A pesquisa realizada pela Fiesp revelou que apenas 5% das empresas brasileiras se consideram “muito preparadas” para lidar com os desafios da Indústria 4.0, um conceito de produção que deve movimentar US$ 15 trilhões nos próximos 15 anos, segundo estimativas da ABDI. Diante desses números, fica claro que no Brasil ainda há muito a se amadurecer nas empresas quando o assunto é a aderência ao conceito da Indústria 4.0. Para o futuro, no entanto, espera-se que essa tendência ganhe força, alinhando-se ao cenário de países em que a indústria está mais associada à tecnologia e inovação.

O QUE É A INDÚSTRIA 4.0?

Há cerca de 260 anos, a Primeira Revolução Industrial se iniciava e foi marcada pela substituição do método de produção artesanal pelo intenso uso de máquinas. Vieram a Segunda e a Terceira Revolução Industrial, onde as linhas de produção e tecnologia da informação são, nessa ordem, os maiores avanços representativos dessas fases. Agora, chegamos à Quarta Revolução Industrial, a Indústria 4.0, onde os maiores protagonistas são o uso maciço de internet e inteligência artificial. A proposta dessa nova etapa da história das fábricas é utilizar os recursos tecnológicos para melhorar produtos e desenvolver máquinas inteligentes. Por isso, é preciso que as máquinas se comuniquem entre si e aprendam sozinhas à medida em que são utilizadas nas operações de produção. A Indústria 4.0 tem como um de seus propósitos garantir maior agilidade nos processos produtivos, além de reduzir custos e evitar falhas humanas, o que significa que a Indústria 4.0 passa a ter maior controle sobre a produção.

Um significativo avanço na relação entre homem e máquina. Os trabalhos manuais do ser humano vão sendo substituídos por robôs, que estão conectados a outros robôs e todo um sistema operacional, integrando todos os pontos do processo de fabricação Em linhas bem pontuais, podemos entender a Indústria 4.0 como um novo paradigma de produção desenvolvido nas empresas, que trouxe como marca um significativo avanço na relação entre homem e máquina, impulsionando uma série de avanços no processo produtivo, trazendo um aspecto mais elaborado em relação ao uso da tecnologia, elevando o ideal de automatização para um patamar bem acima do que a indústria está habituada. Atributos como conectividade, inteligência artificial, data science, big data, Internet of Things (IoT), machine learning e tantos outros, propiciam um fenômeno bastante amplo dentro das organizações, transformando a maneira como as máquinas se comunicam e utilizam informações para otimizar o processo de produção, tornando-o mais econômico, ágil e autônomo.

INDÚSTRIA 2.0 - SEGUNDA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

Entre 1870 e 1945, com a introdução de algumas tecnologias existentes, como telégrafos e ferrovias, as fábricas experimentaram uma nova e profunda mudança nos seus processos. É possível afirmar que a inclusão da produção em massa, popularizada por Henry Ford, foi o marco desse novo período. A linha de produção instituída por Henry Ford foi o maior avanço da Segunda Revolução Industrial e ainda hoje é adotada em muitas fábricas Outra evolução, foi a chegada da eletricidade nas fábricas que ajudou na concepção dos primeiros sistemas de automação industrial. A produção em massa de aço ajudou a inserir ferrovias no sistema, o que, consequentemente, contribuiu para o aumento da produção. Inovações no setor químico, como a invenção do corante sintético, marcaram o período, pois esse era um dos setores fabris que ainda estavam em um estado bastante primitivo, quase artesanal. Essas modificações revolucionárias da indústria, também conhecida como revolução tecnológica, foram encerradas com o início da Primeira Guerra Mundial. A produção em massa, embora não tenha sido encerrada, precisou ser direcionada para abastecer as trincheiras e frentes de batalhas, retardando o desenvolvimento de novas tecnologias e fixando o foco de desenvolvimento no mesmo contexto: a guerra.

Este também foi um período de grande crescimento econômico, com aumento de produtividade. No entanto, causou um aumento no desemprego, pois muitos trabalhadores foram substituídos por máquinas nas fábricas. INDÚSTRIA 3.0 - TERCEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL Entramos no período entre 1950 e 1970. Essa época foi fortemente marcada pela mudança de sistemas analógicos e mecânicos para sistemas digitais. Alguns historiadores chamam essa terceira Revolução Industrial de a Era da Informação, pois as mudanças nas fábricas foram em sua maioria resultado direto do enorme desenvolvimento em computadores e tecnologia da informação e comunicação. A Indústria 3.0 foi marcada como era dos Comandos Lógicos Programáveis (CLPs), onde a grande mudança ocorreu na maciça automação dos postos de trabalho, embora ainda tratados individualmente e desconectados uns dos outros, sem a preocupação de cuidar da geração e do tratamento de dados nos pontos de agregação de valor da manufatura. Ela se intensificou muito no final do século 20, após o final das duas grandes guerras, como resultado de uma desaceleração da industrialização e do avanço tecnológico em comparação com os períodos anteriores. A produção do Z1 (calculadora mecânica acionada eletricamente) foi o início de desenvolvimentos digitais mais avançados. Isso continuou com o próximo progresso significativo no desenvolvimento de tecnologias de comunicação com o supercomputador. Nesse processo, houve amplo uso de tecnologias de computador e comunicação no processo de produção. Podemos afirmar que a Indústria 3.0 foi o nascedouro da próxima Revolução Industrial, faltando ainda a integração dos processos. Iniciada no final da década de 50, a Indústria 3.0 marcou a entrada dos computadores no processo de produção das fábricas

RH VALORIZADO E MELHOR

QUALIFICADO

Ao contrário do ocorrido nas primeiras revoluções industriais, a Indústria 4. não elimina postos de trabalho, mas abre oportunidades para a realização de tarefas mais nobres e melhor aproveitamento das potencialidades do ser humano. AGILIDADE E MAIS QUALIDADE Suportado por uma elevadíssima capacidade de processamento dos sistemas digitais mais modernos, a Indústria 4.0 permite conectar todas as etapas de produção, analisar os dados coletados em tempo real, rastrear e processar dados nas relações de causa e efeito para aprimorar processos, acelerar tempos de resposta e uma enorme gama de novas melhorias que são incorporadas aos processos fabris e muitas que ainda estão por ser desenvolvidas, pois as possibilidades ainda estão sendo descobertas a cada momento. INTERAÇÃO HOMEM-MÁQUINA A interação entre ser humano e máquina é um dos impactos a ser provocado pela Indústria 4.0, trazendo significativas mudanças para a natureza do trabalho. A utilização de alta tecnologia para a estrutura produtiva das empresas exige uma preparação dos colaboradores para uso integral das soluções propiciadas pelos novos hardwares (máquinas) e softwares (programas). A necessidade do aperfeiçoamento de competências e habilidades é uma consequência lógica da geração de empregos mais qualificados e que exigem maior capacitação. A interação entre ser humano e máquina é um dos impactos a ser provocado pela Indústria 4.0 no trabalho

BENEFÍCIOS PARA A EMPRESA AO ADOTAR A INDÚSTRIA 4.

REDUÇÃO DE CUSTOS

Como a tecnologia é baseada em nuvem, não necessita muitas pessoas para gerenciar e manter sistemas, uma vez que as máquinas irão fazer muitas funções que, atualmente, atribuímos às pessoas para realizá-las, tendo assim um trabalho mais rápido, com menor custo e liberando as pessoas para tarefas mais complexas e com melhor qualificação. OPERAÇÕES EM TEMPO REAL Utilizando a tecnologia, será possível a construção de um banco de dados vindo diretamente dos processos de produção da fábrica, em tempo real. Assim, operar em tempo real irá auxiliar e agilizar na tomada de novas decisões da empresa. MANUFATURA MODULAR As máquinas poderão ser alteradas/reprogramadas com facilidade. A flexibilidade nos processos de produção será maior, permitindo a criação de novos produtos, alterando algum produto existente, já que a forma de alterar as máquinas será mais rápida. O tempo de set up (ajustes) das máquinas será reduzido, uma vez que parte das informações sobre esses ajustes está armazenada na nuvem e pode ser inserida nos equipamentos de produção em menor tempo de parada de máquina. OPERAÇÕES INTEGRADAS Com a adoção dos sistemas ciber-físicos, as fábricas ficarão mais inteligentes. Dessa forma, a infraestrutura será capaz de estabelecer contato com a cadeia de fornecedores e clientes, tendo uma demanda mais sincronizada e proporcionando mais benefícios às empresas. Sistema ciber-físicos tornam as fábricas mais inteligentes, com infraestrutura capaz de estabelecer contato com a cadeia de fornecedores e clientes

VIRTUALIZAÇÃO:

uma cópia virtual das fábricas inteligentes é criada por sensores de dados interconectados (que monitoram processos físicos) com modelos de plantas virtuais e modelos de simulação. DESCENTRALIZAÇÃO: a habilidade dos sistemas ciber-físicos das fábricas inteligentes de tomarem decisões sem intervenção humana. CAPACIDADE EM TEMPO REAL: a capacidade de coletar e analisar dados e entregar conhecimento derivado dessas análises imediatamente. ORIENTAÇÃO A SERVIÇO: oferecimento dos serviços (dos sistemas ciber-físicos, humanos ou das indústrias inteligentes) através da computação em nuvem.

MODULARIDADE:

adaptação flexível das fábricas inteligentes para requisitos mutáveis através de reposição ou expansão de módulos individuais. Os princípios mencionados acima asseguram a Indústria 4.0 e os benefícios são: MAIOR SEGURANÇA: a documentação digital constante permite codificar e rastrear todos os processos, aumentando a segurança e a transparência da produção. MENOS CUSTOS: com a autorregulação de máquinas, automatização de processos e diminuição da dependência do componente humano, o custo da empresa será reduzido.

TERMOS E TECNOLOGIAS DA INDÚSTRIA 4.

Conhecer o significado de termos como CPS, big data, cloud computing e IoT são essenciais para entender como funciona a novíssima Indústria 4.

SISTEMAS CIBER-FÍSICOS

Os CPS (sigla em inglês de sistema ciber-físico - Cyber-Physical System) é a associação entre a computação, rede e processos físicos. É a combinação de vários sistemas de natureza diferente, cujo objetivo principal é administrar um processo físico e, através do seu feedback, adequar-se a novas condições, tudo em tempo real. BIG DATA ANALYTIC O vocábulo big data refere-se aos gigantescos armazenamentos digitais de informações, velocidade e variedade. A análise do big data é o recurso da utilização de software para descobrir tendências, padrões, correlações ou outras informações úteis nesses enormes volumes de dados armazenados. COMPUTAÇÃO NA NUVEM OU CLOUD COMPUTING Computação em nuvem é um vocábulo geral para qualquer coisa que compreenda a transmissão de serviços hospedados pela internet. Esses serviços fazem com que a empresa não necessite mais de uma infraestrutura de TI em sua unidade (menor necessidade de equipamentos, pessoas e espaço físico). A computação na nuvem é dividida em três categorias: Infraestrutura como Serviço (IaaS), Plataforma como Serviço (PaaS) e Software como Serviço (SaaS). Computação na nuvem ou cloud computing é o termo adotado para qualquer coisa que compreenda a transmissão de serviços hospedados pela internet

INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL (IA)

É a habilidade da máquina em executar tarefas normalmente associadas a seres inteligentes (humanos). A IA é frequentemente empregado ao projeto de elaboração de sistemas dotados dos processos intelectuais peculiares aos seres humanos, como a predisposição de raciocinar, descobrir significado, generalizar ou aprender com a experiência passada. Desde a criação do computador digital na década de 1940, foi comprovado que os computadores podem ser programados para efetuar tarefas muito complexas. SENSORES INTELIGENTES Sensores Inteligentes são dispositivos capazes de providenciar funções, além daquelas necessárias para gerar uma correta representação da quantidade medida e/ou controlada. Resumidamente, um sensor inteligente recebe um estímulo externo do ambiente em que se encontra, recebe os dados relacionados com esse estímulo e faz o processamento dos mesmos de forma a gerar informação relevante. Um dos métodos computacionais utilizado para realizar o processamento dos dados são as Redes Neuronais Artificiais, método relacionado também com o conceito de Machine Learning (aprendizado de máquina), que se inspira no neurônio animal. Um exemplo simples da integração de sensores inteligentes em aparelhos eletrônicos trata-se do caso dos relógios-monitores (weareables – tecnologia utilizável), onde esses sensores, através dos dados recebidos do movimento dos usuários, fazem o processamento e como resultado contabilizam a quantidade de passos e conseguem converter em número de calorias queimadas e número de quilômetros percorridos. Muitas vezes, os sensores inteligentes são aplicações inseridas no conceito de Internet das Coisas - IoT (Internet of Things). Como os sensores inteligentes podem ser utilizados: AGRICULTURA: a aplicação dos sensores inteligentes para a irrigação de culturas. Esses sensores analisam os dados referentes à temperatura, umidade do ar e do solo, com vista a otimizar o processo de irrigação, tornando-o em um processo automático, sem necessidade de controle ou acionamento humano. Além disso, um objetivo adicional é a otimização na produtividade das culturas.

Sensores analisam os dados referentes à temperatura, umidade do ar e do solo, além de outros dados da plantação, tornando o controle da produção em um processo automático, sem necessidade do controle humano Hoje, os avanços das técnicas de coleta, armazenamento e interpretação de dados, como o big data, além das inovações nos setores de telecomunicações em parceria com a microeletrônica mudam a prática da medicina

MEDICINA / BIOMEDICINA:

a aplicação de sensores inteligentes em biomateriais, como é o caso do diabetes, onde muitos pacientes necessitam de uma bomba de insulina automática, que libera uma certa quantidade quando o nível desse hormônio no organismo se encontra inferior a determinado nível. Essa liberação automática de insulina para o organismo do paciente é regulada através de sensores inteligentes que acionam essa reação.

e usam sensores para capturar informação sobre o que está acontecendo no mundo físico, interpretam esses dados e os disponibilizam em serviços de rede e, ao mesmo tempo, usam atuadores que influenciam diretamente os processos no ambiente físico e controlam o comportamento de dispositivos, objetos e serviços. Os sistemas ciber-físicos estão dando origem a soluções não apenas inovadoras, como também genuinamente revolucionárias. Eles migram a inteligência dos operadores humanos para locais remotos e permitem que eles concentrem os esforços em raciocínio de alto nível e tomadas de decisão. Cabe ressaltar que os seres humanos não devem ser desligados dos processos de produção, mas sim devem ter um papel cada vez mais importante e, dessa maneira, estaremos definindo uma nova forma de cooperação entre as máquinas e seres humanos. Eles permitem muitas funcionalidades inovadoras através da sua rede e acesso ao mundo cibernético, alterando significativamente o nosso dia a dia. Nesse contexto, novos modelos de negócios, processos de trabalho e métodos de desenvolvimento, que atualmente são inimagináveis, surgirão. Essas mudanças também influenciarão fortemente a sociedade e as pessoas. A vida familiar, globalização, mercados, relações sociais, organização financeira e muitas outras áreas terão que ser redefinidos. No entanto, a Indústria 4.0 apresenta, simultaneamente, características que representam os desafios em relação ao desenvolvimento dos sistemas ciber-físicos, tais como: confiabilidade, segurança e proteção de dados. Como um exemplo bastante rudimentar de um sistema ciber-físico, considere uma equipe de robôs móveis e autônomos, encarregados da identificação e recuperação de um objeto-alvo dentro de uma casa com uma planta baixa desconhecida. Para realizar essa tarefa, cada robô deve estar equipado com vários sensores, que coletam as informações relevantes sobre o mundo físico, tais como:

Sensores que incorporem um receptor GPS (para rastrear a localização de cada robô) Câmera (para gerar imagens dos arredores) Sensor térmico infravermelho (para detectar a presença de seres humanos) Um problema computacional chave, então é construir um mapa global da casa baseado em todos os dados coletados, e isso requer que os robôs troquem informações entre si, usando links sem fio de maneira coordenada. O conhecimento atual das posições dos robôs, dos obstáculos e do alvo podem ser usados para determinar um plano de movimento para cada um dos robôs. Esse plano de movimento, inclui comandos de alto nível para cada um dos robôs, por exemplo, “se mover na direção noroeste a uma velocidade constante de 5 km/h”. Essa diretiva precisa ser traduzida para entradas de controle de baixo nível para os motores, controlando o movimento do robô. Os objetivos do projeto incluem: Operação segura: por exemplo, um robô não deve se deparar com obstáculos ou outros robôs Conclusão da missão: o objeto-alvo deve ser encontrado Estabilidade física: cada robô deve ficar estável como um sistema dinâmico A construção do sistema multirrobôs para atender a esses objetivos requer o desenho de estratégias para controle, computação e comunicação de maneira sinérgica. Apesar de algumas formas de sistemas ciber-físicos serem usados na indústria desde os anos 80, apenas recentemente a tecnologia para processadores, comunicação sem fio e sensores amadureceu para permitir a produção de componentes com recursos impressionantes a um baixo custo. Para realizar uma tarefa, cada robô deve estar equipado com vários sensores, que coletam as informações relevantes sobre o mundo físico, além de trocarem informações entre si. Um desafio da Indústria 4.