A Indústria 4.0 está revolucionando a maneira como as empresas fabricam, melhoram e distribuem seus produtos. Os fabricantes estão integrando novas tecnologias, incluindo Internet das Coisas (IoT), computação em nuvem e análise de dados, além de IA e aprendizado de máquina, em suas instalações de produção e em todas as suas operações.
Essas fábricas inteligentes são equipadas com sensores avançados, software integrado e robótica que coletam e analisam dados e permitem tomar melhores decisões. Obtém-se ainda mais valor quando os dados das operações de produção são combinados com dados operacionais de ERP, cadeia de suprimentos, atendimento ao cliente e outros sistemas corporativos para criar níveis totalmente novos de visibilidade e insight a partir de informações que antes estavam isoladas.
Essas tecnologias digitais levam a aumento de automação, manutenção preditiva, auto-otimização de melhorias de processo e, acima de tudo, um novo nível de eficiência e responsividade a clientes que antes não eram possíveis.
O desenvolvimento de fábricas inteligentes oferece uma oportunidade incrível para o setor de manufatura entrar na quarta revolução industrial. A análise da grande quantidade de big data coletada nos sensores no chão de fábrica garante visibilidade em tempo real dos ativos de manufatura e fornece ferramentas para realizar manutenção preditiva a fim de minimizar o tempo de inatividade dos equipamentos.
O uso de dispositivos IoT de alta tecnologia em fábricas inteligentes gera maior produtividade e mais qualidade. A substituição de modelos de negócios de inspeção manual por insights visuais orientados por IA reduz erros de fabricação e economiza dinheiro e tempo. Com um investimento mínimo, a equipe de controle de qualidade pode configurar um smartphone conectado à nuvem para monitorar os processos de praticamente qualquer lugar. Ao aplicar algoritmos de aprendizagem de máquina, os fabricantes podem detectar erros imediatamente, em vez de em estágios posteriores, quando o trabalho de reparo é mais caro.
Os conceitos e as tecnologias da Indústria 4.0 podem ser aplicados em todos os tipos de indústria, incluindo manufatura discreta e de processo, assim como petróleo e gás, mineração e outros.
Primeira revolução industrial
Iniciada no final do século 18 na Grã-Bretanha, a primeira revolução industrial ajudou a viabilizar a produção em massa, utilizando energia obtida da água e do vapor, em vez de força exclusivamente humana e animal. Os produtos acabados eram feitos em máquinas, e não mais meticulosamente à mão.
Segunda revolução industrial
Um século depois, a segunda revolução industrial introduziu linhas de montagem e o uso de petróleo, gás e energia elétrica. Essas novas fontes de energia, em conjunto com comunicações mais avançadas por telefone e telégrafo, proporcionaram produção em massa e algum grau de automação aos processos de manufatura.
Terceira revolução industrial
A terceira revolução industrial, que começou em meados do século 20, acrescentou aos procedimentos computadores, telecomunicações avançadas e análise de dados . A digitalização de fábricas começou com a integração de controladores lógicos programáveis (PLCs) em máquinas para ajudar a automatizar alguns processos e coletar e compartilhar dados.
Quarta revolução industrial
Estamos agora na quarta revolução industrial, também conhecida como Indústria 4.0. Caracterizada pela crescente automação e o emprego de máquinas e fábricas inteligentes, os dados informados ajudam a produzir mercadorias de forma mais eficiente e produtiva em toda a cadeia de valor. Os fabricantes têm mais flexibilidade para atender melhor às demandas dos clientes usando a personalização em massa – procurando, em muitos casos, alcançar eficiência com o “lot size of one”, ou seja, produção individualizada. Ao coletar mais dados do chão de fábrica e combiná-los com outros dados operacionais da empresa, uma fábrica inteligente pode alcançar transparência de informações e tomar melhores decisões.
A Internet das Coisas (IoT) é um componente fundamental das fábricas inteligentes. As máquinas no chão de fábrica são equipadas com sensores com endereço IP que possibilita a conexão com outros dispositivos habilitados para a web. A mecanização e a conectividade possibilitam a coleta, a análise e a troca de grandes quantidades de dados valiosos.
A computação em nuvem é um dos pilares de qualquer estratégia da Indústria 4.0. A plena realização da manufatura inteligente exige conectividade e integração de engenharia, cadeia de suprimentos, produção, vendas e distribuição, e serviços. A nuvem ajuda a tornar isso possível. Além disso, a quantidade normalmente grande de dados armazenada e analisada pode ser processada de forma mais eficiente e econômica com a nuvem. A computação em nuvem também pode reduzir os custos iniciais para pequenos e médios fabricantes, que podem dimensionar corretamente suas necessidades e escalar de acordo com o crescimento dos negócios.
Com a IA e o aprendizado de máquina, as empresas de manufatura aproveitam ao máximo o volume de informações geradas não apenas no chão de fábrica, mas em todas as suas unidades de negócios, e até mesmo de parceiros e terceiros. A IA e o aprendizado de máquina podem gerar insights que proporcionam visibilidade, previsibilidade e automatização das operações e dos processos comerciais. Por exemplo: as máquinas industriais são propensas a avarias durante o processo de produção. Com os dados coletados desses ativos, as empresas podem realizar a manutenção preditiva baseada em algoritmos de aprendizado de máquina, resultando em mais tempo de atividade e maior eficiência.
As demandas das operações de produção em tempo real exigem que algumas análises de dados sejam feitas em “edge”, ou seja, onde os dados são criados. Isso minimiza o tempo de latência entre a produção dos dados e a necessidade de resposta. Por exemplo, a detecção de um problema de segurança ou qualidade pode requerer uma ação com o equipamento quase em tempo real. O tempo necessário para enviar dados para a nuvem corporativa e depois de volta ao chão de fábrica pode ser muito longo e depende da confiabilidade da rede. O uso de computação de edge faz com que os dados permaneçam perto de sua fonte, reduzindo os riscos de segurança.
As empresas de manufatura nem sempre consideraram a importância da cibersegurança ou de sistemas ciberfísicos. Entretanto, a mesma conectividade do equipamento operacional na fábrica ou no campo (tecnologia operacional, ou TO) que permite processos de manufatura mais eficientes também gera novos caminhos de entrada para ataques maliciosos e malware. Ao passar por uma transformação digital para a Indústria 4.0, é essencial considerar uma abordagem de cibersegurança que inclua equipamentos de TI e TO.
A transformação digital proporcionada pela Indústria 4.0 permitiu aos fabricantes criar gêmeos digitais: réplicas virtuais de processos, linhas de produção, fábricas e cadeias de suprimentos. Um gêmeo digital é criado com os dados de sensores IoT, dispositivos, PLCs e outros objetos conectados à internet. Os fabricantes podem usar gêmeos digitais para aumentar a produtividade, melhorar fluxos de trabalho e desenvolver novos produtos. Ao simular um processo de produção, por exemplo, eles podem testar mudanças para encontrar maneiras de minimizar o tempo de inatividade ou melhorar a capacidade.
Os sensores integrados e as máquinas interconectadas produzem uma quantidade significativa de big data para as empresas de manufatura. A análise de dados pode ajudá-las a investigar tendências históricas, identificar padrões e tomar decisões melhores. As fábricas inteligentes também podem usar dados de outras partes da organização e de seu ecossistema ampliado de fornecedores e distribuidores para criar insights mais profundos. Analisando dados de recursos humanos, vendas ou armazenagem, os fabricantes podem tomar decisões sobre produção com base nas margens de vendas e na equipe. Uma representação digital completa das operações pode ser criada como um "gêmeo digital."
A arquitetura de rede da fábrica inteligente depende da interconectividade. Dados coletados em tempo real de sensores, dispositivos e máquinas no chão de fábrica podem ser consumidos e usados imediatamente por outros ativos, bem como compartilhados entre outros componentes da pilha de software corporativo, incluindo planejamento de recursos empresariais (ERP) e outros softwares de gestão empresarial.
Fábricas inteligentes podem produzir mercadorias personalizadas de forma mais econômica para atender às necessidades individuais dos clientes. Na verdade, fabricantes de vários setores aspiram a alcançar a "produção individualizada" de maneira economicamente viável. Utilizando aplicações avançadas de software de simulação e novos materiais e tecnologias, como a impressão em 3D, os fabricantes podem facilmente criar pequenos lotes de itens especializados para clientes específicos. Enquanto o foco da primeira revolução industrial foi a produção em massa, o foco da Indústria 4.0 é a personalização em massa.
As operações industriais dependem de uma cadeia de suprimentos transparente e eficiente, que deve ser integrada às operações de produção como parte de uma estratégia de Indústria 4.0 robusta. Isso transforma a maneira como os fabricantes utilizam as matérias-primas e entregam os produtos acabados. Ao compartilhar alguns dados de produção com os fornecedores, os fabricantes podem programar melhor as entregas. Se, por exemplo, uma linha de montagem for interrompida, as entregas podem ser redirecionadas ou atrasadas para reduzir a perda de tempo ou o custo. Além disso, com o estudo de informações sobre o clima, parceiros de transporte e varejistas, as empresas podem usar o envio preditivo para despachar produtos acabados na hora certa e atender à demanda do consumidor. O blockchain está surgindo como a principal tecnologia para proporcionar transparência às cadeias de suprimentos.
O desenvolvimento de uma infraestrutura de TI multinuvem híbrida é um componente essencial na transformação digital para os fabricantes que querem aproveitar a Indústria 4.0. Chamamos de multinuvem híbrida quando uma empresa usa duas ou mais nuvens públicas e privadas para gerenciar suas cargas de trabalho de computação. Ela lhes permite otimizar as cargas de trabalho em todas as nuvens, já que alguns ambientes são mais adequados ou mais econômicos para certas cargas de trabalho. Os fabricantes que procuram a transformação digital e um ambiente seguro e aberto podem migrar suas cargas de trabalho existentes do local em que se encontram para o melhor ambiente de nuvem possível.
As inspeções automatizadas orientadas por IA aprimoram as inspeções manuais e a assistência técnica, reduzindo defeitos em produtos, melhorando a eficiência e minimizando os falsos positivos. Normalmente, o modelo de deep learning pode ser rapidamente treinado com imagens e vídeos existentes. Após ser conectado à câmera de um smartphone, o modelo de inspeção automatizada fica pronto para ser adicionado à linha de produção.
A transformação digital para a Indústria 4.0 começa com a coleta de dados e continua com a inteligência artificial, para dar sentido a eles. Fábricas inteligentes empregam dispositivos IoT que conectam máquinas e computadores para obter uma imagem clara das instalações de manufatura com dados em tempo real. Depois, a IA e o aprendizado de máquina são usados para extrair insights práticos de grandes quantidades de dados.
A Indústria 4.0 está trazendo a convergência dos sistemas de tecnologia da informação (TI) e tecnologia operacional (TO), criando interconectividade entre os equipamentos de manufatura autônoma e os sistemas computacionais mais amplos. Dados de sensores de TO, PLCs e sistemas SCADA são integrados com dados de TI de sistemas MES e ERP. Aprimorada pelo aprendizado de máquina, esta integração tem efeito sobre toda a empresa, de engenharia a operações, vendas e qualidade.
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O gerenciamento de ativos corporativos (EAM) é essencial para manter as operações em funcionamento. Os fabricantes que implementam as tecnologias da Indústria 4.0 podem facilmente ter milhares de dispositivos conectados à Internet das Coisas em suas fábricas inteligentes. Para atender às exigências da Indústria 4.0, cada um deve ter o máximo tempo de atividade para garantir a eficiência. O gerenciamento de ativos corporativos impulsiona a resiliência operacional e a agilidade ao permitir o monitoramento remoto dos equipamentos, oferecer funcionalidade para ampliar os ciclos de vida dos ativos e fornecer análise de dados para manutenção preditiva.
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Trinta e seis por cento dos executivos acreditam que proteger suas plataformas de IoT é um grande desafio para suas organizações.
A Meggitt, fabricante de componentes aeroespaciais com sede no Reino Unido, adota o potencial da Indústria 4.0 para garantir uma entrega sem falhas e sem defeitos.
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