A tecnologia de fabricação inteligente está transformando a produção em massa

A fabricação inteligente (SM), que é o uso de tecnologias avançadas e altamente integradas em processos de fabricação, está revolucionando a forma como as empresas operam. A evolução das tecnologias e um mercado cada vez mais globalizado e digitalizado têm impulsionado os fabricantes a adotar tecnologias de fabricação inteligentes para manter a competitividade e a rentabilidade.

Uma aplicação inovadora da Internet das voisas industrial (IIoT), os sistemas de SM dependem do uso de sensores de alta tecnologia para coletar dados vitais de desempenho e integridade dos ativos críticos de uma organização.

A fabricação inteligente, como parte da transformação digital da Indústria 4.0, implementa uma combinação de tecnologias emergentes e ferramentas de diagnóstico (por exemplo, aplicações de inteligência artificial (IA), a Internet das coisas (IoT), robótica e realidade aumentada, entre outras) para otimizar planejamento de recursos empresariais (ERP), tornando as empresas mais ágeis e adaptáveis. 

Este artigo explora as principais tecnologias associadas aos sistemas de fabricação inteligente, os benefícios da adoção de processos de SM e as formas pelas quais o SM está transformando o setor de fabricação.

A fabricação inteligente (SM) é um processo sofisticado, dependente de uma rede de novas tecnologias que trabalham de forma colaborativa para otimizar todo o ecossistema de produção.

As principais ferramentas de SM incluem:

Internet das coisas industrial (IIoT)

A IIoT é uma rede de máquinas, ferramentas e sensores interconectados que se comunicam uns com os outros e com a nuvem para coletar e compartilhar dados. Os ativos conectados à IIoT ajudam as instalações de fabricação industrial a gerenciar e manter os equipamentos utilizando a computação em nuvem e facilitando a comunicação entre o maquinário habilitado. Essas funcionalidades usam dados de várias máquinas simultaneamente, automatizam processos e fornecem aos fabricantes análises mais sofisticadas.

Nas fábricas inteligentes, os dispositivos de IIoT são usados para aprimorar a visão de máquina, rastrear os níveis de estoque e analisar dados para otimizar o processo de produção em massa. 

A IIoT não apenas permite que os ativos inteligentes conectados à Internet se comuniquem e compartilhem dados de diagnóstico, possibilitando comparações instantâneas de sistemas e ativos, mas também ajuda os fabricantes a tomar decisões mais informadas sobre toda a operação de produção.

Inteligência artificial (IA)

Um dos benefícios mais significativos da tecnologia de IA na fabricação inteligente é sua capacidade de realizar análises de dados em tempo real com eficiência. Com dispositivos e sensores de IoT coletando dados de máquinas, equipamentos e linhas de montagem, algoritmos impulsionados por IA podem processar e analisar rapidamente inputs para identificar padrões e tendências, ajudando os fabricantes a entender o desempenho dos processos de produção.

As empresas também podem usar sistemas de IA para identificar anomalias e defeitos de equipamentos. Algoritmos aprendizado de máquina e redes neurais, por exemplo, podem ajudar a identificar padrões de dados e tomar decisões com base nesses padrões, permitindo que os fabricantes detectem problemas de controle de qualidade logo no início do processo de produção.

Além disso, a utilização de soluções de IA como parte de programas de manutenção inteligentes pode ajudar os fabricantes a:

• Implementar a manutenção preditiva
• Otimizar do gerenciamento da cadeia de suprimentos
• Identificar os riscos à segurança no ambiente de trabalho

Robótica

A automação robótica de processos (RPA) tem sido uma das principais motivações da fabricação inteligente, com robôs assumindo tarefas repetitivas e/ou perigosas, como montagem, soldagem e manuseio de materiais. A tecnologia robótica pode realizar tarefas repetitivas mais rapidamente e com um grau de exatidão e precisão muito maior do que os trabalhadores humanos, melhorando a qualidade do produto e reduzindo defeitos. 

A robótica também é extremamente versátil e pode ser programada para executar uma ampla gama de tarefas, tornando-as ideais para processos de fabricação que exigem alta flexibilidade e adaptabilidade. Em uma fábrica da Phillips na Holanda, por exemplo, robôs estão fabricando os barbeadores elétricos da marca. E uma fábrica japonesa da Fanuc usa robôs industriais para fabricar robôs industriais, reduzindo os requisitos de pessoal para apenas quatro supervisores por turno.

Talvez o mais significativo: fabricantes interessados em uma abordagem de SM podem integrar robótica com sensores de IIoT e análise de dados para criar um ambiente de produção mais flexível e responsivo.

Computação em nuvem e edge computing 

A computação em nuvem e a edge computing desempenham um papel significativo na forma como as fábricas inteligentes operam. A computação em nuvem ajuda as organizações a gerenciar a coleta e o armazenamento de dados remotamente, eliminando a necessidade de software e hardware no local e aumentando a visibilidade dos dados na cadeia de suprimentos. Com soluções baseadas em nuvem, os fabricantes podem aproveitar aplicações de IIoT e outras tecnologias inovadoras (como edge computing) para monitorar dados de equipamentos em tempo real e escalar suas operações com mais facilidade.

A edge computing, por outro lado, é um paradigma de computação distribuída que aproxima a computação e o armazenamento de dados das operações de fabricação, em vez de armazená-los em um data center central baseado na nuvem. No contexto da fabricação inteligente, a edge computing implementa recursos de computação e armazenamento de dados na edge da rede, mais próxima dos dispositivos e máquinas que geram os dados, possibilitando um processamento mais rápido com volumes mais elevados de dados de equipamento.

A edge computing na fabricação inteligente também ajuda os fabricantes a fazer o seguinte:

• Reduz os requisitos de largura de banda de rede, os problemas de latência e os custos associados à transmissão de big data de longa distância.
• Garante que dados confidenciais permaneçam em sua própria rede, melhorando a segurança e a conformidade.
• Melhore a confiabilidade operacional e a resiliência, mantendo os sistemas críticos funcionando durante o downtime do data center e/ou as interrupções da rede.
• Otimize fluxos de trabalho analisando dados de várias fontes (por exemplo, níveis de inventário, desempenho da máquina e demanda do cliente) para encontrar áreas de melhoria e aumentar a interoperabilidade dos ativos.

Juntos, edge computing e computação em nuvem permitem que as organizações utilizem software como serviço (SaaS), expandindo a acessibilidade da tecnologia para uma gama mais ampla de operações de fabricação.

Em ambientes de fabricação, onde atrasos na tomada de decisão podem ter impactos significativos nos resultados de produção, a computação em nuvem e a edge computing ajudam as empresas de fabricação a identificar e responder rapidamente a falhas de equipamentos, defeitos de qualidade, gargalos de linha de produção etc.

Blockchain

Blockchain é um livro-razão compartilhado que ajuda as empresas a registrar transações, rastrear ativos e melhorar a cibersegurança dentro de uma rede de negócios. Em um sistema de execução de fabricação inteligente (MES), a blockchain cria um registro imutável de cada etapa da cadeia de suprimentos, desde matérias-primas até o produto acabado. Ao usar a blockchain para rastrear a movimentação de mercadorias e materiais, os fabricantes podem garantir que cada etapa do processo de produção seja transparente e segura, reduzindo o risco de fraude e melhorando a responsabilidade.

A blockchain também pode ser usada para melhorar a eficiência da cadeia de suprimentos, automatizando muitos dos processos envolvidos no rastreamento e verificação de transações. Por exemplo, uma organização pode utilizar contratos inteligentes (contratos autoexecutáveis com os termos do acordo escritos diretamente em linhas de código) para verificar a autenticidade de produtos, rastrear remessas e realizar pagamentos. Isso pode ajudar a reduzir o tempo e o custo associados aos processos manuais, além de melhorar a precisão e reduzir o risco de erros.

Os fabricantes também podem utilizar as tecnologias de blockchain para proteger a propriedade intelectual, criando um registro de propriedade e melhorar as práticas de sustentabilidade, rastreando o impacto ambiental dos processos de produção.

Digital twins

Os digital twins se tornaram um conceito cada vez mais popular no mundo da fabricação inteligente. Um digital twin é uma réplica virtual de um objeto ou sistema físico equipado com sensores e conectado à internet, permitindo coletar dados e fornecer insights de desempenho em tempo real. Os digital twins são usados para monitorar e otimizar o desempenho de processos, máquinas e equipamentos de fabricação. 

Ao coletar dados de sensores de equipamentos, os digital twins podem detectar anomalias, identificar possíveis problemas e fornecer insights sobre como otimizar processos de produção. Os fabricantes também podem usar digital twins para simular cenários e testar configurações antes de implementá-las e para facilitar a manutenção e o suporte remotos.

Impressão 3D

A impressão 3D, também conhecida como fabricação aditiva, é uma tecnologia em rápido crescimento que mudou a forma como as empresas projetam, prototipam e produzem produtos. As fábricas inteligentes usam principalmente a impressão 3D para fabricar peças e componentes complexos de forma rápida e precisa.

Processos de fabricação tradicionais, como a moldagem por injeção, podem ser limitados pela complexidade da geometria da peça de um protótipo, e podem exigir múltiplas etapas e operações para produzir. Com a impressão 3D, os fabricantes podem produzir formas geométricas complexas em uma única etapa, reduzindo o tempo e os custos de fabricação.

A impressão 3D também pode ajudar as empresas a:

• Desenvolver produtos e componentes personalizados usando arquivos digitais de projeto.
• Criar e testar protótipos diretamente no chão de fábrica.
• Habilitar a fabricação sob demanda para otimizar os processos de gerenciamento de inventário.

Análise preditiva de dados 

A fabricação inteligente depende muito da análise de dados para coletar, processar e analisar dados de várias fontes, incluindo sensores de IIoT, sistemas de produção e sistemas de gerenciamento da cadeia de suprimentos. Usando técnicas avançadas de análise de dados, análise preditiva de dados pode ajudar a identificar ineficiências, gargalos e problemas de qualidade proativamente.

O principal benefício da análise preditiva de dados no setor de fabricação é sua capacidade de aprimorar a detecção de defeitos, permitindo que os fabricantes tomem medidas preventivas para evitar downtime e falhas de equipamento. A análise preditiva também permite que as organizações otimizem os cronogramas de manutenção para determinar o melhor momento para manutenção e reparos.

Soluções de fabricação inteligente, como o IBM® Maximo Application Suite, oferecem uma série de benefícios em comparação com abordagens de fabricação mais tradicionais, incluindo os seguintes:

• Maior eficiência: a fabricação inteligente pode melhorar a eficiência organizacional, otimizando processos de produção e facilitando iniciativas de convergência de dados. Ao aproveitar as novas tecnologias da informação, os fabricantes podem minimizar erros de produção, reduzir o desperdício, diminuir os custos e melhorar a eficácia geral do equipamento.
• Melhor qualidade do produto: a fabricação inteligente ajuda as empresas a produzir produtos de maior qualidade, melhorando o controle do processo e o teste de produtos. Usando sensores e análise de dados da IIoT, os fabricantes podem monitorar e controlar os rendimentos de produção em tempo real, identificando e corrigindo problemas antes que eles afetem a qualidade do produto.
• Aumento da flexibilidade: a fabricação inteligente melhora a flexibilidade da produção, permitindo que os fabricantes se adaptem rapidamente às mudanças nas demandas do mercado e maximizando os benefícios da previsão de demanda. Ao implementar ferramentas de robótica e IA, os fabricantes podem reconfigurar rapidamente as linhas de produção ao longo do ciclo de vida para acomodar mudanças no projeto do produto ou no volume de produção, otimizando efetivamente a cadeia de valor.

O IBM Maximo Application Suite é um sistema abrangente de gestão de ativos empresariais que ajuda as organizações a otimizar o desempenho dos ativos, estender a vida útil deles e reduzir o downtime. O IBM Maximo oferece aos usuários uma plataforma integrada baseada em nuvem e impulsionada por IA com recursos abrangentes de CMMS que produzem análises de dados avançadas e ajudam os gerentes de manutenção a tomar decisões mais inteligentes baseadas em dados.