Desmistificando a Indústria 4.0

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O termo Indústria 4.0, apesar de já ter se popularizado, ainda traz muita dúvida. A maioria das pessoas vincula o conceito a fábricas e indústrias altamente tecnológicas, nas quais praticamente todo processo é autônomo — e, por isso, muitas vezes, acreditam que a Indústria 4.0 ainda é uma realidade muito distante.

Entretanto, são poucos os que de fato sabem explicar o que falta para adaptar uma fábrica aos moldes 4.0. E, para piorar, não fazem ideia do custo ou impacto que essa modificação pode causar no processo produtivo.

Aqui, pretendo desmitificar um pouco o assunto e mostrar opções de como iniciar o processo. Para isso, primeiro é necessário entender o que, efetivamente, é a Indústria 4.0:

Como surgiu a indústria 4.0

O nome Indústria 4.0 se refere à quarta revolução industrial. Cada revolução industrial é marcada por mudanças que foram responsáveis pelo aumento significativo da capacidade produtiva.

A primeira revolução industrial se deu a partir do final do século XVIII, primordialmente no setor industrial têxtil, na Inglaterra. Sua principal característica foi a utilização de mecanismos movidos à vapor para auxiliar o processo produtivo.

A segunda revolução começou na segunda metade do século XIX, inicialmente nos Estados Unidos e depois se espalhou pela Europa. Teve como fator predominante a substituição de maquinários à vapor por elétricos, afetando principalmente o setor da metalurgia.

A terceira revolução, por sua vez, se deu a partir da década de 1970, tendo como país de referência o Japão. Partiu, principalmente, da automação de processos, usando sistemas de CNC (Controle Numérico Computadorizado) e outros sistemas autônomos.

A quarta revolução industrial, chamada 4.0, tem início em 2010, quando a Alemanha decide elaborar um plano para seu crescimento socioeconômico ao longo da década. Esse plano tem como objetivo guiar a evolução do país nas áreas identificadas como de interesse estratégico para a Alemanha, a fim de se tornar país de referência global.

A partir disso, em 2013, é formado o “Industrie 4.0 Working Group”. Em seu relatório final, o grupo cria o conceito de CPS (Cyber-Physical System ou Sistema Físico-Cibernético), que passa a ser o conceito fundamental por traz de toda a proposta da 4.0.

Basicamente, o CPS consiste em um sistema que passa a incorporar equipamentos, inventários e produção em uma rede global, sendo capaz de trocar informações entre eles, enviar comandos e controlar cada desses componentes de forma independente.

São definidos os quatro principais elementos que precisam existir para se implementar a proposta 4.0: Smart Factory (Fábricas Inteligentes), Internet of Things (IoT ou Internet das Coisas), Internet of Services (IoS ou Internet de Serviços) e Cyber-Physical System (CPS). Eles são apresentados em sugestão de ordem de implementação (do mais simples ao mais complexo), considerando uma indústria já existente e que gostaria de entrar nos moldes da 4.0.

Implementação de Smart Factory

Uma Smart Factory consiste em instalações nas quais equipamentos e operadores são auxiliados por sistemas supervisórios. O sistema identifica o fluxo de produção, indica como e para onde cada item deve seguir, monitorando todo o fluxo de produção e gerando a rastreabilidade de cada item.

O termo Smart Factory remete ao mesmo conceito usado para equipamentos smart, ou seja, conectado e capaz de interagir. Sua implementação não precisa, necessariamente, da substituição de todo o maquinário existente por modelos novos e conectados. Muito mais importante é o desenvolvimento de um sistema capaz de monitorar o seu processo produtivo.

Caso os equipamentos disponíveis na produção não permitam que o sistema consiga monitorar o que está sendo processado, existem duas opções: trocar o equipamento, caso haja vantagens significativas com a troca; ou adicionar o sensoriamento necessário ao equipamento antigo.

A partir disso, é possível desenvolver projetos rápidos para instalar sensores capazes de identificar o produto, consumo de insumos, rating de produção e qualquer outra métrica apropriada. Todos esses dados são enviados para o sistema que vai gerenciar a produção.

Toda a informação de fluxo do produto no processo passa a ser controlada pelo sistema, gerando rastreabilidade e qualquer operador ou equipamento consegue consultar tais informações diretamente do sistema, seja para simples monitoramento para o processo, identificação do que precisa ser feito, seja para verificação de que nenhuma etapa produtiva foi acidentalmente pulada.

Internet of Things (IoT)

Também conhecido como sensoriamento remoto, IoT (Internet of Things ou Internet das Coisas) consiste em uma rede de sensores que coletam informações da produção e as disponibilizando para o CPS (que será abordado mais para frente).

Com o sistema supervisório instalado, passa a ser necessário o monitoramento do que se tem na fábrica. Esse monitoramento pode ser tanto para o controle de inventário dos insumos disponíveis e produto finalizado, como de equipamentos.

Nesse segundo caso, o monitoramento pode ser feito tanto para controle de produção — conforme descrito no processo de Smart Factory — quanto para monitoramento da condição dos equipamentos, para auxiliar no processo de manutenção.

Uma vez que os dados que são coletados com o auxílio dos dispositivos IoT estão no servidor, o sistema desenvolvido no processo de Smart Factory passa a consultá-los sempre que necessário. Assim, passa a ser possível, por exemplo, organizar as ordens de produção em função da disponibilidade de matéria prima, bem como desenvolver sistemas para identificar e/ou separar, no estoque, os itens necessários para atender a ordem de produção selecionada.

 Internet of Services (IoS)

A IoS (Internet of Services ou Internet de Serviços) consiste em um sistema para automatizar o processo de oferta de serviço. Um sistema de vendas (via internet) responsável por gerenciar e gerar, de forma autônoma, ordens para a linha de produção/distribuição.

Esse elemento não se aplica a todos os segmentos de indústria. Porém, quando aplicável, passa a ser o responsável por gerenciar a entrada e saída de ordens na fábrica.

Em sistemas de distribuição, por exemplo, ele pode ser usado para verificar o que existe em estoque e gerar estimativas de tempos de entrega. Para fábricas, pode gerenciar o que é pedido, conferir o que há disponível em estoque, verificar as premissas da empresa em relação ao volume de inventário para cada item e gerar a sequência de ordens de produção, bem como de ordens de compra para repor inventário necessário.

Nesse sistema, é possível, ainda, desenvolver um sistema de aprendizado (Machine Learning) que passa a ser capaz de monitorar os dados de produção, compra e tempo. Esse sistema possibilita uma gestão de estoque autônoma, baseada, por exemplo, em sistemas de controle estocásticos.

Nesse caso, é feita uma modelagem do sistema que usará abordagens estatísticas dos dados da empresa para ajustar os volumes de compra e armazenagem, visando otimizar espaços e custos.

Porém, para se aplicar tal abordagem, é necessário que o sistema de aquisição seja instalado com alguma antecedência, gerando um volume de dados significativos para que o modelo criado seja validado.

Cyber-Physical System (CPS)

O CPS (Cyber-Physical System ou Sistema Físico-Cibernético) consiste no sistema que interliga e gerencia todos os sistemas da fábrica, além de ser o responsável por eventuais tomadas de decisões.

Esse sistema, na verdade, acaba sendo desenvolvido em paralelo a todos os outros. Ele passará a ser o responsável por integrar todos os processos da fábrica: analisando o processo produtivo a partir da implementação da Smart Factory; gerenciando o inventário, equipamentos e todos os dados obtidos via IoT; e monitorando as demandas de entrada e saída via IoS.

Para ser capaz de monitorar integralmente o processo produtivo, é necessário que o CPS consiga ser integrado aos sistemas supervisórios já existentes na fábrica — a menos que se deseje desenvolver um sistema único que controle tudo, o que na maioria das vezes não é o caso.

Dessa forma, o CPS é capaz de consultar itens disponíveis armazenados no estoque via WMS (Warehouse Management System ou Sistema de Gerenciamento de Armazém) ou verificar se o operador que vai utilizar determinado equipamento foi devidamente treinado para isso, via SAP ou SharePoint, por exemplo.

Por fim, uma vez que todo o processo está disponível ao CPS, é possível que o mesmo passe a gerar relatórios com os KPIs (Key Performance Indicator ou Indicadores de Performance Chave) em tempo real, facilitando o processo de tomada de decisão – tanto por gestores, quanto pelo próprio sistema.

Considerações finais

Como dito inicialmente, tornar uma fábrica inteiramente compatível com o conceito 4.0 é algo extremamente trabalhoso. Esse tipo de processo geralmente demanda um investimento significativo e um longo tempo para implementação.

Contudo, a adaptação pode ser feita de forma gradativa, com a fábrica transformada apenas parcialmente, no início. Essa opção é significativamente mais rápida e exige menor investimento, permitindo que o retorno gerado pelas melhorias de processo implementadas justifique, financeiramente, as etapas seguintes do processo.

A sequência descrita acima geralmente é a mais indicada. No entanto, dependendo do nível de automação, modernidade e gerenciamento da fábrica e dos sistemas já existentes, é provável que algumas etapas mudem. Em alguns casos, pode ser possível, inclusive, implementar parcialmente algumas das etapas descritas, em locais específicos da produção, para corrigir desvios pontuais.

O importante é entender que a nova revolução chegou e que será necessário realizar mudanças nas indústrias para que elas sigam competitivas e entregam produtos de qualidade. Cada indústria terá sua necessidade e uma solução mais adequada, mas é preciso estar atento as novidades do setor de manufatura.

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Pedro Almeida

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