A implantação de diversas tecnologias digitais existentes, formando um ecossistema Ciberfísico, permite a construção da fábrica digital, são muitas as tecnologias, neste texto apresentamos as principais e fazemos uma divisão (uma proposta), de aplicação, entendo a automação como pré-requisito da transformação digital, a otimização de fábrica e a aplicação das tecnologias habilitadoras, passando pelas ferramentas básicas de digitalização, vamos entender um pouco sobre cada uma delas.
Com isso, delimitamos nosso tema, de forma a responder algumas das principais inquietudes dos projetistas e analistas de transformação digital na indústria, em relação a aplicação destas tecnologias:
- Não se compra um sistema pronto de digitalização ou uma solução definitiva de Indústria 4.0
- Para chegar a uma fábrica inteligente é necessário seguir requisitos básicos de automação, otimização e convergência
- Entender, especificar e aplicar as tecnologias habilitadoras, aceleram o processo da construção da Indústria 4.0
A Transformação Digital na indústria é a aplicação das tecnologias da Digitalização, de forma a impactar toda a cadeia de valor, nas dimensões Tecnologia, Processos e Pessoas, orientado pelos seguintes itens de uso:
- Digitalização de Ativos e Operações (IoT)
- Conexão da Cadeia de Valor (IIoT)
- Uso de Recursos de Cloud Computing
- Utilização de I.A. para Tomada de Decisões
- Uso de Tecnologias Habilitadoras
A Indústria Digital, se diferencia das plantas atuais principalmente, pela aplicação da tecnologia de I.A. Inteligência Artificial, permitindo uma gestão proativa, baseada em futuro, uma vez que os sistemas atuais permitem somente uma análise do passado e entender o presente momento da operação ou manutenção.
O conceito e Indústria 4.0 é a interconexão de toda a cadeia de valor (Informações + Pessoas + Equipamentos) conectados em rede, utilizando Inteligência Artificial para a TOMADA DE DECISÕES na Indústria.
Quanto as tecnologias da Indústria 4.0, há diversas, e não queremos limitar o assunto, todavia para fins de estudo, precisamos entender que há um pré-requisito para implantação da Indústria 4.0, que passa pela Automação, Otimização e Convergência, a Digitalização Básica, é o próximo passo, isto é, tecnologias que estão dentro de qualquer contexto de digitalização, que são, IoT Internet das Coisas, Cibersegurança, Computação em Nuvem e Big Data, e finalizando, podemos utilizar a terminologia das Tecnologias Habilitadoras (é uma proposta de estudo), que na prática, viabilizam e aceleram o processo de Digitalização, tais como, Drones, Cobos, Aprendizado de Máquina, Impressão 3D, AGV, Realidade Aumentada, Realidade Virtual, Gêmeos Digitais, entre outras, lembrando que esta tecnologias são dinâmicas e estão em constante evolução e mudança.
Iniciando nossa jornada…
Pré Requisitos para a Digitalização
Automação e Controle
- Automação de tempo e movimentos
- Instrumentação controle de processos
- Controle de energia e utilidades
- PLC, DCS, PC, Robôs, Scada, Redes Industriais
- Comissionamento, Set Up e Operação
- Manutenção
Otimização de Processos
- Eficiência Energética
- Lean Manufactory
- Gerenciamento de Ativos
- O&M Baseado em Eventos (Alarmes)
- Controle Avançado APC
- Otimização em Tempo Real RTO
Convergência de Dados
- Unir redes físicas
- Unir diversos protocolos
- Estruturas verticais
- Estruturas horizontais
- Colaboração
- Toda cadeia de Valor
Principais Tecnologias para a Digitalização Básica
IoT – Internet of Things – Internet das Coisas
- O QUE É: Conceito de interconectar via rede (Internet), equipamentos e dispositivos
- PARA QUE SERVE: Coletar dados e informações para análise e tomada de decisões, de forma remota
- COMO FUNCIONA: Um sistema eletrônico conectado no equipamento, coleta e envia o dado para um repositório, normalmente na nuvem (cloud), utilizando a Internet
- IMPACTO: Permitir tomada de decisões baseado em coleta de dados remotamente, com diversos usuários interligados
- EXEMPLO: Equipamentos enviando dados para análise de manutenção de seu fabricante, monitorando em tempo real, sem necessidade do cliente se preocupar
Cibersecurity – Segurança de dados
- O QUE É: Técnica de proteger sistemas, dados e informações de ataques de hackers
- PARA QUE SERVE: Controle de permissões, autenticações e validações de ações de leitura, processamento e escrita
- COMO FUNCIONA: Além de procedimentos de segurança, equipamentos analisam comportamento de tráfego e controlam autorizações na rede de comunicação
- IMPACTO: Sistemas de Cibersegurança permitem interconectar a cadeia de valor com segurança para os usuários
- EXEMPLO: Análise de dados e usuários de um controle operacional de uma refinaria, conectada ao sistema logístico externo e aos clientes, sendo monitorada
Computação em Nuvem – Cloud Computing
- O QUE É: Conceito de processar e armazenar dados em computadores virtuais, utilizando a internet como meio
- PARA QUE SERVE: Pode ser usado computadores como serviço, infraestrutura como serviço, software como serviço
- COMO FUNCIONA: Plataformas especializadas que permitem criar ambientes de processamento (ex. Azure Microsoft), conexão em IoT, análise de dados Data Science, virtualmente
- IMPACTO: Não existe mais a aquisição de hardware, software ou infraestrutura, tudo funciona com um serviço, pago pelo uso
- EXEMPLO: Criação de um computador virtual, instalado um software Scada que coleta dados via internet, processa e entrega KPI (indicadores) de forma remota, sem infraestrutura local
Big Data
- O QUE É: Ferramenta de processamento de banco de dados diversos, estruturados ou não, para análise, permitindo abstração
- PARA QUE SERVE: Unir diversos banco de dados, dentro de uma cadeia de valor de negócios, analisando em tempo real o comportamento
- COMO FUNCIONA: Diversos banco de dados espalhados, do cliente, planta produtiva, logística e consumo, geram dados, estruturado ou não e são analisados para tomada de decisões
- IMPACTO: Tomada de decisões mais assertivas para gestores e permite automação de processos (aprendizado de máquina) por identificação de comportamento
- EXEMPLO: Tomada de decisões de um gestor qual melhor produto produzir nas próximas 48h em função de demanda e alteração de rota logística em função de alteração climática, de forma automática
Tecnologias Habilitadoras para Acelerar o Processo de Digitalização
IIoT – Industrial Internet of Things – Internet Industrial das Coisas
- O QUE É: Conceito de conectar via Cloud Computing, um conjunto de dados estruturados dentro da cadeia de valor
- PARA QUE SERVE: A partir de diversas estruturas espalhadas e todas conectadas, é possível tomar decisões em tempo real, independente da localização
- COMO FUNCIONA: Setores como logísticas, ou equipamentos terceiros ou que vendem serviços (ex. ar comprimido) são todos conectados na cadeia de valor da indústria, gerando dados para tomada de decisões
- IMPACTO: Todos estão conectados em tempo real, vendo o processo produtivo e interferindo no mesmo instante, diminuindo os Lead Times
- EXEMPLO: Um fornecedor de ar comprimido que coloca um compressor na fábrica e monitora seu consumo e manutenção para o cliente. Um fornecedor logístico que se conecta ao planejamento virtualizado e produtivo da fábrica, se adaptando mutualmente
Wireless – Tecnologias 5G – LTE, LoRa, Lpwan, NBIoT (outras)
- O QUE É: Tecnologias de comunicação de dados para criação de sistemas via Cloud Computing de alta performance
- PARA QUE SERVE: Conexão em tempo real desde pequenos dispositivos até interconexão de sistemas via satélite
- COMO FUNCIONA: As tecnologias novas permitem alta velocidade, facilidade de infraestrutura de dados, baixa latência, baixo consumo de energia
- IMPACTO: Criação rápida de ambientes de IoT e IIoT, conectados em nuvem para análise de dados e tomada de decisões
- EXEMPLO: Sistemas de medição de energia elétrica, água e luz (medidores) serão conectados em tempo real nas companhias. Agroindústria será conectada em tempo real em sistemas de manejo, cultivo e produção, da fazenda ao consumidor
ML – Machine Learning – Aprendizado de Máquina – Uso linguagem Python, R e outras
- O QUE É: Sistema que permite reconhecer padrões de dados, aprendendo, podendo tomar decisões autônomas
- PARA QUE SERVE: Uma vez tendo repetição e dados conhecidos, é possível automatizar uma tarefa de processamento via máquina
- COMO FUNCIONA: A partir da coleta de dados, sua análise e comportamento, os sistemas aprendem com os padrões, podendo repetir a ação conhecida e adquirir mais conhecimento acumulado
- IMPACTO: Tomada de decisões autônomas de processos repetitivos e conhecidos
- EXEMPLO: Veículos autônomos. Tomada de decisões em produção em função de novas demandas, sistemas de segurança e manutenção industrial. Operações de processos repetitivos
Mineração de Dados – Data Mining – Uso linguagem Python, R e outras
- O QUE É: Sistema que permite a partir de diversas fontes de dados e comportamento, identificar padrões para tomada de decisões
- PARA QUE SERVE: Com diversas fontes em tempo real e comportamento histórico, é possível fazer predições e reconhecimentos
- COMO FUNCIONA: Coletando dados a partir de um Big Data e criando modelos de comportamento, podemos identificar padrões usuais, tanto de pessoas, máquinas ou qualquer comportamento e minerar o dados para abstrair estatística de um resultado
- IMPACTO: Tomada de decisões mais assertivas, baseado em uma grande variedade de dados e comportamentos, de resultados positivos ou negativos
- EXEMPLO: Reconhecimento de pessoas, análise de probabilidade de calote bancário, análise de probabilidade de quebra de equipamentos ou atingimento de metas produtivas
Realidade Virtual – Virtual Reality
- O QUE É: Sistema que permite ver um ambiente de qualquer natureza a partir de dados programados e/ou coletados
- PARA QUE SERVE: A virtualização permite simular ambientes para análise de comportamento o mais próximo de uma realidade prevista
- COMO FUNCIONA: A partir de programação de cenários, modelos e coleta de comportamento existentes, o sistema simula comportamentos resultantes, permitindo uma emulação digital
- IMPACTO: Desenvolvimento de produtos, processos e rotas e modelos de planejamento produtivo a partir de comportamento simulado, podendo enviar diretamente ao sistema a escolha ou fazer correções
- EXEMPLO: Produção de roupas ou acessórios a partir de criação de modelos virtuais e simular produção. Criação e peças ou equipamentos dentro do ambiente virtual e simular funcionamento
Realidade Aumentada – Augmented Reality
- O QUE É: Sistema que permite unir o ambiente físico a um ambiente digital, interagindo com troca de dados
- PARA QUE SERVE: Aumentar a capacidade de informação do ambiente físico, podendo simular, operação e fazer manutenção a partir do mundo digital
- COMO FUNCIONA: O sistema reconhece o ambiente físico a partir de um sensor, código de barras ou geolocalização e projeta em um dispositivo dados as informações do equipamento, podendo interagir, tanto em operação quanto em manutenção ou simulação
- IMPACTO: Operações descentralizadas sem dispositivos de manobra, mais seguras e a prova de erros, manutenção colaborativa, a distância e sem papel
- EXEMPLO: Operação de uma turbina com todos os dados operacional no óculos do operador, vendo todo o processo. Manutenção de uma máquina com uso de manual digital e suporte remoto por outros técnicos
Impressão 3D – Additive Production – Produção Aditiva
- O QUE É: Processo de produção de peças a partir de deposição de materiais compostos
- PARA QUE SERVE: Produzir peças customizadas, sob medida, com rapidez e baixo custo
- COMO FUNCIONA: Uma impressora a partir de um projeto digital, deposita material composto a partir de filetação, construindo a estrutura, tanto interna com externa, entregando a peça para uso
- IMPACTO: Construção de peças únicas, antes inviáveis, construção de conjuntos a partir de único projeto, personalização e customização de peças e produtos
- EXEMPLO: Construir um brinquedo em casa sob medida. Construir uma prótese sob medida, construir conjunto de peça de uma turbina seriada sem necessidade de montagem
Gêmeos Digitais – Digital Twins
- O QUE É: Sistema que permite a prototipação digital de modelos, associando o mundo físico e o digital
- PARA QUE SERVE: Simular cenários de funcionamento, comportamento, operação e produção e equipamentos em diversas escalas de produção
- COMO FUNCIONA: Tendo um modelo existente (funcional), físico e seu projeto, conhecendo o comportamento deste (IoT), pode-se projetar e simular a partir do Gêmeo Digital, diversos tamanhos e comportamentos operacionais, podendo levar a produção de um equipamento customizado sem necessitar construí-lo antecipadamente
- IMPACTO: Redução no tempo e custo de desenvolvimento de projetos de peças, máquinas e equipamentos, customizados e já funcionais, com aplicações especiais, personalizadas
- EXEMPLO: Construção de um sistema de bombeamento de elevatória, customizado para uma região acidentada. Construção de uma motobomba para drenagem em um barco especial
DRONE – Veículo aéreo não tripulado (VANT)
- O QUE É: Aeronave não tripulada, controlada a distância
- PARA QUE SERVE: Sobrevoar ambientes para executar serviços diversos
- COMO FUNCIONA: Um equipamento aeronáutico, de diversos modelos, com hélices, alimentado eletricamente (carregado), guiado e controlado por radiofrequência, podendo se comunicar via Cloud
- IMPACTO: Utilizar em locais de difícil acesso, insalubres ou de risco. Permitir inspeções de manutenção, conferência logística e até executar entregas
- EXEMPLO: Gerenciar ativos industriais em plantas de refinaria ou offshore, fazendo inspeções técnicas. Análise de padrões para dedetização de lavouras
AGV – Automated Guided Vehicle – Veículo Guiado Automaticamente
- O QUE É: Equipamentos para transporte, guiados automaticamente com mecanismos de autocontrole
- PARA QUE SERVE: Transporte em geral, equipamentos, peças, produtos e até pessoas, normalmente usado em ambiente industrial
- COMO FUNCIONA: O equipamento possui sistema com sensores para autocontrole do próprio veículo, o mesmo responde a um programa de posicionamento de rota, conectado a um sistema de Cloud alimentado por uma camada de IoT
- IMPACTO: Movimentação de peças e cargas, arranjos logísticos de alta velocidade e precisão, eliminação de operações manuais de manuseio de materiais
- EXEMPLO: Arranjo logístico de transportadora de CD Centro de Distribuição, movimentação de peças para montagem de motores, testes e validação
Blockchain – Protocolo de Confiança
- O QUE É: Tecnologia de registro de dados distribuídos e descentralizados, que registra transações, à prova de violação
- PARA QUE SERVE: Rastreabilidade de ações do objeto, guardando seu histórico transacional em forma de blocos
- COMO FUNCIONA: Cada transação do objeto é registrada formando conjunto de dados, os registros são efetuados em um portal (serviço), conjuntos de transações forma blocos, novos blocos são criados ao fim de um bloco. Estes conjuntos formam o histórico do objeto, podendo ser usado com documento, moeda, dado de controle
- IMPACTO: Registro de materiais, movimento de cargas e valores distribuídos, permissões e autenticações, rastreabilidade de receitas e composição de outros materiais a partir de outros Blockchains
- EXEMPLO: Criptomoedas, rastreabilidade de produtos agrícolas e composições de seu manejo até chegada ao consumidor. Sistema de segurança de dados em redes de informações e autenticações de operação de infraestrutura crítica
Geolocalização – Geolocation
- O QUE É: Sistema que permite a identificação ou estimativa, da localização geográfica de objetos, usando redes e geolocalizadores
- PARA QUE SERVE: Localização e rastreio de objetos, fixos ou em movimento, permitindo ações de gestão ou controle do movimento
- COMO FUNCIONA: O objetivo, portador de um geolocalizador, conectado em rede, identifica-se geograficamente por equipamentos, celulares, GPS, roteadores, radares e informa sua posição geográfica (numérica)
- IMPACTO: Controle de movimento de objetivos e rastreio, sistemas de controle logístico e otimização de Just in Time na produção, diminuindo o Lead Time produtivo
- EXEMPLO: Rastreio de máquinas agrícolas, manejo, colheita e transporte de safra. Gestão de frotas de transporte e logística dentro da cadeia de Valor
COBÔ – Collaborative Robot – Robô Colaborativo
- O QUE É: Dispositivo manipulador de eixos que repete operações, trabalhando ao lado de um operador de montagem
- PARA QUE SERVE: Ajudar na montagem de peças e equipamentos que exigem apoio adicional, ação repetitiva ou operação intermediária
- COMO FUNCIONA: O operador executa a ação (ou programação) com o Cobô, este aprende o movimento e a operação, executa a ação com o operador, como é colaborativo, seus movimentos possuem sistema de segurança, onde o operador tem prioridade, parando o Cobô a qualquer momento
- IMPACTO: Diminuição no tempo de montagem de peças e equipamentos, diminuição de operações manuais, aumento da segurança e elevação da qualidade em função da repetibilidade operacional
- EXEMPLO: Cobô que coloca parafuso em uma unidade de montagem de motores, Cobô que segura a peça para efetuar costura em um artefato de couro
Tecnologias Complementares
Ainda falando sobre a tecnologia e sua evolução, que é constante, apresentamos algumas tendências, que vão adicionar potencial a estas tecnologias habilitadoras, acelerando ainda mais a transformação digital na indústria:
- Revolução dos materiais – tecidos, alimentos, metais, defensivos, plásticos inteligentes, criando uma Nova Indústria (da produção a reciclagem de Nanomateriais)
- Sensoriamento – com Nanosensores em bioprocessos, biosensores dentro de processos comunicando com camada de IoT
- Sociedade 5.0 – Indústria 5.0 – Convergência Pessoas e Tecnologia e Novo Mundo de Materiais na Produção Industrial
Conclusão
Concluímos que entender as tecnologias e retirar o melhor delas, elevando o Valor da Indústria, as tecnologias da Digitalização são a ponte para a Indústria 4.0, todavia as Pessoas são o foco do uso, para que os Processos evoluam.
