O conceito de Indústria 4.0 não é novo no ambiente de produção moderno e na literatura. Ele existe desde a sua introdução pelo governo alemão em 2006 como a sua visão estratégica de alta tecnologia do país e da economia como um todo. Foi um roteiro para a indústria transformadora alemã tornar-se mais competitiva a nível global e uma forma de transformar digitalmente a sua sociedade. Com o passar dos anos, o conceito começou a ganhar interesse também em outras partes do mundo, especialmente com a introdução de inovações de alta tecnologia que são hoje uma das espinhas dorsais e aceleradores do conceito da Indústria 4.0, ou seja, IoT, computação em nuvem, big data e IA. É uma mudança tão importante no mundo industrial que a Indústria 4.0 também é comumente considerada como a quarta revolução industrial.
INDÚSTRIA 4.0 EM RESUMO
A Indústria 4.0, ou também conhecida no mundo industrial como fábrica inteligente, é uma transformação da produção com uso intensivo de informações, colocando os dados no centro do conceito. É uma interligação do mundo físico (máquinas, materiais, pessoas, etc.) com o mundo digital (computadores, dados, sistemas de TI, etc.) através de sistemas ciberfísicos (de produção), ou CP(P)S (Cyber-Physical (Production) Systems). Os últimos permitem a recolha, análise e controle de dados em tempo real, não só do ambiente de produção, mas de toda a cadeia de suprimentos, das matérias-primas ao consumidor final, com a ajuda de ferramentas de IoT. É um sistema de computador que integra um objeto físico aos algoritmos correspondentes baseados em nuvem. Dessa forma, cada dispositivo tem o seu próprio gêmeo digital que reflete o dispositivo no mundo físico e pode simular o estado de todo o sistema, permitindo assim a otimização e previsão em tempo real para decisões autônomas e acelerando o projeto e a fabricação de produtos. Em outras palavras, com a ajuda de gêmeos digitais, as empresas podem simular rapidamente e com baixo custo qualquer parte de um processo de produção, máquina ou produto em um mundo virtual e otimizá-lo antes de o construírem efetivamente.
Além disso, no conceito de Indústria 4.0, toda a cadeia de suprimentos está interligada horizontalmente (do primeiro fornecedor ao consumidor final) e verticalmente (do nível de campo ao nível de planejamento empresarial). Com essa interconectividade, toda a cadeia de suprimentos e o ambiente de produção deverão atingir um certo nível de autonomia e, com a ajuda da IA, serem capazes de aprender com todos os dados recolhidos, controlarem-se e fornecerem informações necessárias e oportunas a todas as partes interessadas no processo de produção (ou cadeia de abastecimento) a fim de alcançar a melhor produtividade, eficiência, flexibilidade, qualidade e velocidade possíveis, ao mesmo tempo considerando o feedback do cliente. Portanto, os sistemas são capazes de prever possíveis problemas antes que eles surjam – passando da manutenção preventiva à preditiva, rastreando e otimizando os ativos à medida que eles movem-se pela cadeia de suprimentos, simulando processos com dados em tempo real, máquinas que se comunicam e movem-se de forma autônoma, entre outros. As possibilidades e benefícios do conceito de Indústria 4.0 são verdadeiramente enormes e, em alguns casos, para o estado atual da tecnologia e da legislação em todo o mundo, quase futuristas. É também um entendimento geral que a Indústria 4.0 não se concentra apenas nos parâmetros baseados na produção acima mencionados, mas o seu conceito deve ir além disso, conduzindo a modelos de negócios inteiramente novos, que devem ser um dos principais resultados da quarta revolução industrial. Um desses modelos é a personalização em massa, em que as empresas conseguem produzir produtos (parcialmente) personalizados para seus clientes com a ajuda das tecnologias da Indústria 4.0, mantendo baixos custos unitários de produção em massa.
QUATRO NÍVEIS DE INTEGRAÇÃO TECNOLÓGICA
Como mencionado no início, a Indústria 4.0 não é um conceito que existe por si só ou uma tecnologia independente, mas sim um sistema apoiado por várias tecnologias que, juntas, aceleram, apoiam e possibilitam a ideia da fábrica inteligente. Podemos pensar nela como o nível máximo de integração tecnológica em um ambiente industrial. Para entender isso melhor, podemos olhar para o conceito da Indústria 4.0 como quatro níveis de integração tecnológica, sendo os objetos inteligentes o primeiro e mais básico nível.
Figura 1: conceito da Indústria 4.0 de fábrica inteligente (de acordo com Padovano, A. et al., 2018), mostrando quatro níveis de integração tecnológica que levam à fábrica inteligente, colocando o conhecimento derivado dos dados de CPPS como o principal facilitador.Objetos inteligentes são dispositivos de campo, máquinas, equipamentos e produtos equipados com sua própria inteligência local na forma de microprocessadores, software, CLPs, sensores, entre outros, que lhes permitem coletar dados de si mesmos e de seu ambiente. A conexão desses objetos inteligentes usando redes de sensores sem fio pela internet deu origem à internet das coisas (industrial) (IIoT), criando uma rede de objetos físicos que podem conectar-se e cooperar uns com os outros. Apoiada por uma solução de software, a rede IoT já oferece a capacidade de controlar e analisar o ambiente de produção. Em uma área de produção farmacêutica moderna, poderíamos imaginar a IIoT como uma rede de máquinas de produção, em que cada uma delas é capaz de comunicar-se com o restante do ambiente de produção, enviando e recebendo dados do sistema de produção central ou de outras máquinas que fazem parte do mesmo processo de produção.
Com a introdução de tecnologias como computação em nuvem, IA, análise de big data e outras, os recursos do conceito de IoT atingiram um nível totalmente novo. As novas tecnologias permitiram uma integração muito maior de componentes físicos e de software e deram origem aos sistemas ciberfísicos (Cyber-Physical Systems, CPS) e ao seu gêmeo digital. O CPS é a IoT com esteroides, já que, em geral, voltamos a falar sobre a rede de objetos inteligentes (coisas) que coletam suas próprias informações e informações do ambiente, mas desta vez a informação é enviada para um sistema de computador especial que cria réplicas cibernéticas em tempo real do sistema físico. Esse sistema possui enormes capacidades computacionais e computa todos os dados recebidos, notifica os sistemas físicos sobre as descobertas, reconfigura os parâmetros do sistema, envia comandos de controle, entre outros, tudo isso de forma independente e autônoma. No entanto, todo esse poder computacional e ambiente autônomo de nada adianta se não conseguirmos melhorar o desempenho industrial e, mais importante ainda, a tomada de decisões com base nas informações recolhidas por todo o sistema. É o conhecimento e a informação coletados de todos os níveis de apoio que criam a fábrica inteligente, conduzindo a novos modelos de negócio, insights sobre a cadeia de suprimentos e o ambiente de produção. Um exemplo é o aumento de produtividade de 1.400% em uma das fábricas inteligentes da Siemens em Amberg, na Alemanha.
A Indústria 4.0 é uma transformação do ambiente industrial impulsionada pela informação que traz inúmeras oportunidades para o mundo industrial. Com a interligação dos mundos físico e digital, apoiada pelos mais recentes avanços tecnológicos, as empresas têm agora a oportunidade de levar os seus negócios (modelos) a outro nível.
Fontes:
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– What is Industry 4.0—the Industrial Internet of Things (IIoT)? Acessado em https://www.epicor.com/en/resource-center/articles/what-is-industry-4-0/
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– Padovano, A., Longo, A., Nicoletti, L., Mirabelli, G. (2018). A Digital Twin based Service Oriented Application for a 4.0 Knowledge Navigation in the Smart Factory. International Federation of Automatic Control. Acessado em https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896318315143
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