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 dos que o usam, vinculam-no a fábricas e indústrias altamente tecnológicas, nas quais praticamente todo processo é autônomo — e, muitas vezes por isso, acreditam se tratar de 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 fantasma que cerca 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 a vapor para auxiliar o processo produtivo. Esses mecanismos podem ser considerados os primeiros equipamentos industriais, responsáveis por efetivamente transformar cooperativas de artesãos nas primeiras indústrias. 

A segunda revolução começou na segunda metade do século XIX, inicialmente nos Estados Unidos e, depois, na Europa. Teve como fator preponderante a substituição de maquinários a vapor por elétricos, afetando principalmente o setor da metalurgia e avançando, em seguida, para todos os setores produtivos. 

Além da evolução na capacidade de maquinários, houve, ainda, o desenvolvimento dos processos administrativos, idealizados pelo americano Frederick Taylor (Taylorismo) e amplamente utilizado no setor automobilístico, em particular por Henry Ford (Fordismo). 

Já a terceira revolução 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. 

Com a adoção desses sistemas, o operador passou a supervisionar a produção (pelo menos idealmente), de forma que esse não necessita de conhecimento tão extenso a respeito do processo produtivo — é preciso apenas que esse saiba como operar e supervisionar a produção. Isso deixou o processo produtivo mais simples, permitindo uma maior maleabilidade da linha de produção — base do sistema Toyotismo, desenvolvido no setor automobilismo japonês. 

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, ainda, os quatro principais elementos que precisam existir para se implementar a proposta 4.0: 

  •        Cyber-Physical System (CPS) – consiste no sistema responsável por interligar e gerenciar todos os sistemas da fábrica, além de ser o responsável por eventuais tomadas de decisões; 
  •         Internet of Things (IoT) – também conhecido como sensoriamento remoto, consiste em uma rede de sensores que coletam informações da produção e as disponibilizando para o CPS. Se localmente implementado, permite que os dados obtidos sejam colocados em servidores locais; se implementados em rede, é possível colocar os dados em servidores-nuvens (clouds); 
  •         Internet of Services (IoS) – 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; 
  •         Smart Factory – a fábrica inteligente 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. 

 

SEQUÊNCIA DE IMPLEMENTAÇÃO 

Logicamente, a menos que se esteja construindo uma indústria do zero e que ela seja planejada para atender os moldes da 4.0, é praticamente impossível transformar uma fábrica para atender a esse formato integralmente. Assim, segue uma sugestão de como esse processo poderia ser implementado de forma gradual, visando o menor impacto possível no processo produtivo: 

Implementação de Smart Factory 

Para a implementação de Smart Factories, não é, necessariamente, preciso substituir todo o maquinário existente por modelos novos e conectados, como a maioria deve pensar. Muito mais importante é o desenvolvimento de um sistema capaz de monitorar o seu processo produtivo. Esse sistema deve ser capaz de acompanhar os pontos críticos da produção, identificando qual tipo de produto está passando por ali, metas de produção, padrões de qualidade e qualquer outra informação que possa/precise ser vinculada ao produto. 

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

Definidos os parâmetros tidos como importantes, 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. 

Uma vez que a linha de produção foi atualizada, deixa de ser necessária, por exemplo, a utilização de papel para o acompanhamento do produto, indicando qual a ordem, quantidade, procedimentos e demais informações referentes a ele, bem como a anotação de dados do processo e apontamentos dos dados em sistemas de gestão já existentes. 

O produto passa a ter uma identificação — seja um código de barras, uma etiqueta RFID ou qualquer outro meio — gerado pelo sistema na criação da ordem. 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 do processo, identificação do que precisa ser feito, seja para verificação de que nenhuma etapa produtiva foi acidentalmente pulada. 

Internet of Things (IoT) 

Com o sistema supervisório instalado, passa a ser necessário o monitoramento do que se tem na fábrica. Esse monitoramento pode ser tanto de depósitos, para o controle de inventário dos insumos disponíveis e produto finalizado, como de equipamentos. Nesse segundo caso, a monitoração pode ser feita tanto para controle de produção — conforme descrito no processo de Smart Factory — quanto para monitoração da condição dos equipamentos, para auxiliar no processo de manutenção. 

O processo de monitoramento — seja de equipamentos, seja de inventário — é definido com base na quantidade de itens monitorados. Se o objetivo é simplesmente monitorar alguns poucos equipamentos, com algumas dezenas de sensores em cada um, deve ser possível fazer isso usando uma rede ethernet, ligando os sensores diretamente na rede e criando um endereço para cada um, por cabo ou via wi-fi. 

Entretanto, se o objetivo é monitorar o status do produto final durante o processo de armazenagem, o número de itens monitorados pode ser grande a ponto de tornar esse processo proibitivo. Dessa forma, torna-se necessário usar meios de monitoramento alternativos, criando-se uma rede distinta para comunicação dos sensores com um equipamento específico para receber esses sinais (gateway), condicioná-los e os disponibilizando para um servidor. 

Uma vez que os dados estão no servidor, o sistema desenvolvido no processo de Smart Factory passa a consulta-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 Service (IoS) 

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 e que possibilita uma gestão de estoque autônoma, baseada, por exemplo, em sistemas de controle estocásticos. Nesse caso, será 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) 

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 consulta itens armazenados no estoque via WMS (Warehouse Management System) disponível ou verificar se o operador que vai utilizar determinado equipamento foi devidamente treinado para isso, via SAP ou SharePoint. 

Por fim, uma vez que todo o processo passa a estar 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. 

Como dito inicialmente, tornar uma fábrica inteiramente compatível com o conceito 4.0 é algo extremamente trabalhoso. Provavelmente demandará um investimento significativo e um longo tempo para implementação. 

Contudo, a adaptação pode ser feita de forma parcial 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. 

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