O que é Indústria 4.0?

A Indústria 4.0 é um conjunto de mudanças tecnológicas para criar uma estrutura coerente a ser introduzida no processo de manufatura. Claro, a espinha dorsal da Indústria 4.0 está relacionada à forma como os produtos são feitos, o fenômeno provavelmente afetará todas as partes do nosso mundo e terá implicações para todos os tipos de negócios. Uma definição simplista da Indústria 4.0 é a “aplicação da IoT, computação em nuvem, sistemas ciberfísicos (CPS) e computação cognitiva no ambiente de manufatura e serviço. A automação e a conectividade no mundo da manufatura não são novas. Físico para digital (realizar ações físicas e convertê-las em registros digitais) e digital para digital (compartilhar informações usando IA) também fazem parte da fabricação há anos. No entanto, com a introdução dos capacitadores acima, junto com a robótica, a manufatura pode agora prosseguir para um nível totalmente conectado e flexível para gerar maior valor dentro da própria fábrica e em toda a cadeia de suprimentos. É essencialmente a mudança do digital para o físico (aplicando algoritmos para traduzir as decisões do mundo digital para efetuar mudanças no mundo físico) é a parte mais importante da Indústria 4.0.

É classificado como Indústria 4.0 porque segue a terceira revolução industrial da era dos computadores e dá um passo adiante e se refere a computadores autônomos alimentados por dados e aprendizado de máquina. À medida que as fábricas se tornam mais inteligentes, aprendendo com um influxo de dados de todos os seus sistemas, elas se tornam mais produtivas e menos desperdiçadoras. A “Indústria 4.0” foi inicialmente cunhada em 2013 pelo governo alemão e faz parte de sua estratégia de alta tecnologia com a intenção de manter e evitar a perda de vantagens industriais em relação a outros países.

A Indústria 4.0 é muito mais do que apenas detecção e aprendizado - é a entrega de fluxos de trabalho globais automatizados interconectados que automatizam processos para melhorar a qualidade e aumentar a disponibilidade de máquinas. É a combinação dos mundos físico e digital que permite a colaboração entre departamentos, parceiros e pessoas. É a evolução das fábricas para ecossistemas de auto-recuperação e auto-execução usando automação, virtualização de dados e conectividade sem fio e sensores IoT. Com a Indústria 4.0, o processo de manufatura é mais rápido e eficiente do que no passado, devido à análise de uma grande quantidade de dados de produção e aplicação de aprendizado de máquina e inteligência artificial.

A disponibilidade de sensores de baixo custo que podem ser adaptados para máquinas mais antigas, armazenamento de dados, análise de big data, dispositivos inteligentes e tecnologia de nuvem agora permite que os fabricantes tenham visibilidade refinada em tempo real das operações de manufatura em equipamentos, pessoas, fornecedores, linhas de processamento e locais de fabricação. Sem analisar uma grande quantidade de dados e agir em tempo real quando condições críticas são encontradas, há pouco espaço para melhorar o produto.

Muitos especialistas do setor concordam que apenas 5% de todas as fontes de dados disponíveis em uma fábrica estão sendo exploradas. A maioria das empresas apenas coleta dados do processo e normalmente os usa apenas para fins de registro em vez de uma base para melhorar as operações. Existem muitos desafios que os fabricantes enfrentam hoje que exigem uma mudança. Primeiro, há uma proliferação de produtos. Existem mais opções para os consumidores, o que dificulta a diferenciação dos produtores. Ciclos de vida mais curtos do produto exigem que os processos de fabricação estejam em constante mudança e atualização. Os produtos que chegam ao mercado estão se tornando mais complicados e exigem que mais aspectos do negócio trabalhem juntos para ter sucesso. E é mais difícil colocar um produto competitivo no mercado atualmente. Os produtos estão chegando ao mercado com muito mais rapidez, o mercado tem mais concorrência e há mais opções do que nunca.

Outra tendência é a demanda dos clientes por produtos altamente personalizados. Há uma mudança das produções em massa para a customização em massa. Óculos, fabricantes de calçados e muitos outros permitem que seus clientes personalizem totalmente seus produtos e selecionem entre várias opções diretamente em seus sites. Uma vez que a customização é feita, uma nova ordem de produção é gerada apenas para aquele único item.

Ativadores de tecnologia da indústria 4.0

As principais características das diretrizes sugeridas das novas estratégias de alta tecnologia são:

Interoperabilidade : sistemas ciberfísicos (software embutido em hardware, como sensores, processadores e tecnologias de comunicação) permitindo que humanos e fábricas se conectem e se comuniquem entre si.

Virtualização : a criação de uma cópia virtual da fábrica, ligando os dados do sensor a modelos de planta virtuais e modelos de simulação; conhecido como um gêmeo digital da fábrica.

Descentralização : capacidade dos sistemas ciber-físicos de tomar decisões por conta própria e de produzir localmente, graças a tecnologias como a impressão 3D.

Capacidade em tempo real : a capacidade de coletar e analisar dados e fornecer as informações derivadas imediatamente.

Orientação a Serviços: os serviços estão disponíveis na Internet de Serviços (IoS) e podem ser utilizados por outros participantes. Nós nos referimos a IoS como APIs para trocar informações entre B2C e B2B.

Modularização : adaptação flexível das fábricas às mudanças de requisitos, substituindo ou expandindo módulos individuais.

Para ter sucesso, as informações isoladas criadas no passado precisam ser decompostas. Conectar-se a várias fontes de dados diferentes, unificar os dados subjacentes e evitar informações redundantes permite que os fabricantes interconectem vários departamentos e empresas para operar com dados de toda a fábrica.

A TI está se tornando mais integrada ao processo de fabricação. No passado, a TI tinha a função de apoiar o processo de manufatura, agora isso mudou. A TI não é apenas de suporte, mas também tem um papel principal e abrangente em todo o processo de manufatura.

Os principais casos de uso da Indústria 4.0

Análise preditiva

O estudo da McKinsey corrobora a promessa: “Uma abordagem de big data / análise avançada pode resultar em um aumento de 20 a 25 por cento no volume de produção e uma redução de até 45 por cento no tempo de inatividade.” O tempo de inatividade é caro e reduz seu OEE KPI. Mudar de uma abordagem reativa para uma pró-ativa será a chave para competir fortemente.

Use o aprendizado de máquina

Os avanços na aprendizagem de máquina levaram à crescente adoção de práticas de manufatura enxuta e Six Sigma. As técnicas de aprendizagem de máquina empregam uma classe emergente de algoritmos que realmente aprendem com os dados apresentados a eles e constroem automaticamente o melhor modelo possível para cada conjunto de dados. Como tal, ele capacita analistas com pouca experiência em estatística e modelagem a resolver problemas complexos que, de outra forma, estão fora de seu alcance. Esses desenvolvimentos resultaram diretamente em melhorias na qualidade do produto e redução do desperdício ou retrabalho do produto. Aplicar a análise de dados em uma infinidade de parâmetros de produção ajuda a entender a melhor configuração de máquinas para um pedido específico ou evita configurações de máquinas que realmente podem produzir uma qualidade ruim e levar ao desperdício.

Interoperabilidade e inteligência artificial

A maturidade dos sistemas ciberfísicos permite que os humanos, o próprio produto e as máquinas de fábrica inteligente se conectem e se comuniquem entre si e obtenham percepções em tempo real. Não há apenas interação homem-máquina, mas com sistemas ciberfísicos descentralizados, as máquinas podem tomar decisões por conta própria. Um grande exemplo de interação homem-máquina vem da indústria automotiva. Trabalhadores altamente especializados usam pulseiras que podem rastrear seus movimentos e alertá-los quando um movimento na direção errada acontece ou durante a montagem quando um torque aplicado é suficiente. Isso não apenas melhora os objetivos de segurança, mas também evita movimentos incorretos repetidos que podem levar a acidentes de trabalho e podem piorar com o tempo.

As principais áreas de aplicação dos princípios da Indústria 4.0 são:

• Operações de fabricação
• OEE e produtividade da fábrica
• Manutenção preditiva
• Equipamento em tempo real e monitoramento de processo
• Otimização de Processos
• Monitoramento de qualidade em tempo real
• Análise de rendimento do produto e causa raiz
• Confiabilidade e garantia

Ao introduzir análises de dados, aprendizado de máquina e recursos de IA, uma fábrica habilitada para a Indústria 4.0 é frequentemente definida como uma Fábrica Inteligente ou conhecida como Manufatura Inteligente. Em uma fábrica inteligente, o equipamento 'aprende' a prever anomalias e a tomar decisões descentralizadas em tempo real para responder aos eventos. Muitos fabricantes já estão usando componentes de uma fábrica inteligente, como realidade aumentada, para ajudar a consertar máquinas, mas uma verdadeira fábrica inteligente é um empreendimento mais holístico.

Usando um sistema de Fábrica Inteligente, todos os dados relevantes são agregados, analisados e implementados. Dentro das fábricas inteligentes estruturadas modulares, os sistemas ciberfísicos monitoram os processos físicos, criam uma cópia virtual do mundo físico e tomam decisões descentralizadas. Através da Internet das Coisas, os sistemas ciberfísicos comunicam-se entre si e com os humanos em tempo real e através da Internet dos Serviços. Sensores, dispositivos, pessoas e processos fazem parte de um ecossistema conectado que fornece:

• Tempo de inatividade reduzido
• Excedente e defeitos minimizados
• Percepções profundas
• Visibilidade de ponta a ponta em tempo real
• Gêmeo Digital da Fábrica

Os fabricantes que são capazes de monitorar continuamente processos, equipamentos, pessoas, fornecedores e tomar decisões preditivas automatizadas melhorarão a produtividade e ganharão uma vantagem competitiva sobre aqueles que adotam uma abordagem isolada. A necessidade de máquinas “inteligentes” só vai continuar a crescer e as organizações precisam implementar uma solução que incorpore a análise de dados para dar suporte às operações; análise preditiva ou preemptiva; integração de big data com fontes de big data; análises e ações em tempo real; e integração em tempo real da IoT.

Os objetivos da Manufatura Inteligente, os recursos de manufatura (máquinas, equipamentos, pessoas e fábricas) e os processos que realizam são melhores quando automatizados, integrados, monitorados e avaliados continuamente para permitir que as pessoas trabalhem com mais inteligência, tomem decisões oportunas e executem operações que são mais eficientes.

O próximo passo virá com a introdução da tecnologia celular 5G. Isso permitirá cada vez mais aos fabricantes migrar para tecnologias centradas na nuvem devido à sua maior velocidade e menor latência. Uma diminuição na latência significa uma capacidade de dados muito maior para permitir que máquinas e sistemas reajam prontamente em tempo real. A rede 5G garante a confiabilidade da conexão. Os operadores podem trabalhar com os controles da máquina em qualquer lugar do chão de fábrica com a confiança de que as conexões não serão perdidas. Pela primeira vez, o 5G oferece uma taxa de dados e confiabilidade comparável à comunicação com fio.

A mudança de formas tradicionais e lineares de receber informações para análises e inteligência em tempo real pode mudar completamente a maneira como os produtos são fabricados. A Indústria 4.0 é mais do que apenas todas as tecnologias listadas acima. É sobre como as organizações podem aproveitá-los, agrupá-los e melhorar as operações e o crescimento. As organizações devem descobrir a melhor forma de usar essas novas tecnologias para se manterem competitivas.

A Indústria 4.0 é muito mais do que apenas detecção e aprendizado - é a entrega de fluxos de trabalho globais automatizados interconectados que automatizam processos para melhorar a qualidade e aumentar a disponibilidade de máquinas. É a combinação dos mundos físico e digital que permite a colaboração entre departamentos, parceiros e pessoas. É a evolução das fábricas para ecossistemas de auto-recuperação e auto-execução usando automação, virtualização de dados e conectividade sem fio e sensores IoT. Com a Indústria 4.0, o processo de fabricação é mais rápido e eficiente do que no passado, devido à análise de uma grande quantidade de dados de produção e aplicação de aprendizado de máquina e inteligência artificial.

A disponibilidade de sensores de baixo custo que podem ser adaptados para máquinas mais antigas, armazenamento de dados, análise de big data, dispositivos inteligentes e tecnologia de nuvem agora permite que os fabricantes tenham visibilidade refinada em tempo real das operações de manufatura em equipamentos, pessoas, fornecedores, linhas de processamento e locais de fabricação. Sem analisar uma grande quantidade de dados e agir em tempo real quando condições críticas são encontradas, há pouco espaço para melhorar o produto.

Muitos especialistas do setor concordam que apenas 5% de todas as fontes de dados disponíveis em uma fábrica estão sendo exploradas. A maioria das empresas apenas coleta dados do processo e normalmente os usa apenas para fins de registro em vez de uma base para melhorar as operações. Existem muitos desafios que os fabricantes enfrentam hoje que exigem uma mudança. Primeiro, há uma proliferação de produtos. Existem mais opções para os consumidores, o que dificulta a diferenciação dos produtores. Ciclos de vida mais curtos do produto exigem que os processos de fabricação estejam em constante mudança e atualização. Os produtos que chegam ao mercado estão se tornando mais complicados e exigem que mais aspectos do negócio trabalhem juntos para ter sucesso. E é mais difícil colocar um produto competitivo no mercado atualmente. Os produtos estão chegando ao mercado com muito mais rapidez, o mercado tem mais concorrência e há mais opções do que nunca.

Outra tendência é a demanda dos clientes por produtos altamente personalizados. Há uma mudança das produções em massa para a customização em massa. Óculos, fabricantes de calçados e muitos outros permitem que seus clientes personalizem totalmente seus produtos e selecionem entre várias opções diretamente em seus sites. Uma vez que a customização é feita, uma nova ordem de produção é gerada apenas para aquele único item.

Ativadores de tecnologia da indústria 4.0

As principais características das diretrizes sugeridas das novas estratégias de alta tecnologia são:

Interoperabilidade : sistemas ciberfísicos (software embutido em hardware, como sensores, processadores e tecnologias de comunicação) permitindo que humanos e fábricas se conectem e se comuniquem entre si.

Virtualização : a criação de uma cópia virtual da fábrica vinculando os dados do sensor a modelos virtuais de planta e modelos de simulação; conhecido como um gêmeo digital da fábrica.

Descentralização : capacidade dos sistemas ciberfísicos de tomar decisões por conta própria e de produzir localmente, graças a tecnologias como a impressão 3D.

Capacidade em tempo real : a capacidade de coletar e analisar dados e fornecer as informações derivadas imediatamente.

Orientação a Serviços: os serviços estão disponíveis na Internet de Serviços (IoS) e podem ser utilizados por outros participantes. Nós nos referimos a IoS como APIs para trocar informações entre B2C e B2B.

Modularização : adaptação flexível das fábricas às mudanças de requisitos, substituindo ou expandindo módulos individuais.

Para ter sucesso, as informações isoladas criadas no passado precisam ser decompostas. Conectar-se a várias fontes de dados diferentes, unificar os dados subjacentes e evitar informações redundantes permite que os fabricantes interconectem vários departamentos e empresas para operar com dados de toda a fábrica.

A TI está se tornando mais integrada ao processo de fabricação. No passado, a TI tinha a função de apoiar o processo de manufatura, agora isso mudou. A TI não é apenas de suporte, mas também tem um papel principal e abrangente em todo o processo de manufatura.

Os principais casos de uso da Indústria 4.0

Análise preditiva

O estudo da McKinsey corrobora a promessa: “Uma abordagem de big data / análise avançada pode resultar em um aumento de 20 a 25 por cento no volume de produção e uma redução de até 45 por cento no tempo de inatividade.” O tempo de inatividade é caro e reduz seu OEE KPI. Mudar de uma abordagem reativa para uma pró-ativa será a chave para competir fortemente.

Use o aprendizado de máquina

Os avanços na aprendizagem de máquina levaram à crescente adoção de práticas de manufatura enxuta e Six Sigma. As técnicas de aprendizagem de máquina empregam uma classe emergente de algoritmos que realmente aprendem com os dados apresentados a eles e constroem automaticamente o melhor modelo possível para cada conjunto de dados. Como tal, ele capacita analistas com pouca experiência em estatística e modelagem a resolver problemas complexos que, de outra forma, estão fora de seu alcance. Esses desenvolvimentos resultaram diretamente em melhorias na qualidade do produto e redução do desperdício ou retrabalho do produto. Aplicar a análise de dados em uma infinidade de parâmetros de produção ajuda a entender a melhor configuração de máquinas para um pedido específico ou evita configurações de máquinas que realmente podem produzir uma qualidade ruim e levar ao desperdício.

Interoperabilidade e inteligência artificial

A maturidade dos sistemas ciberfísicos permite que os humanos, o próprio produto e as máquinas de fábrica inteligente se conectem e se comuniquem entre si e obtenham percepções em tempo real. Não há apenas interação homem-máquina, mas com sistemas ciberfísicos descentralizados, as máquinas podem tomar decisões por conta própria. Um grande exemplo de interação homem-máquina vem da indústria automotiva. Trabalhadores altamente especializados usam pulseiras que podem rastrear seus movimentos e alertá-los quando um movimento na direção errada acontece ou durante a montagem quando um torque aplicado é suficiente. Isso não apenas melhora os objetivos de segurança, mas também evita movimentos incorretos repetidos que podem levar a acidentes de trabalho e podem piorar com o tempo.

As principais áreas de aplicação dos princípios da Indústria 4.0 são:

• Operações de fabricação
• OEE e produtividade da fábrica
• Manutenção preditiva
• Equipamento em tempo real e monitoramento de processo
• Otimização de Processos
• Monitoramento de qualidade em tempo real
• Análise de rendimento do produto e causa raiz
• Confiabilidade e garantia

Ao introduzir análises de dados, aprendizado de máquina e recursos de IA, uma fábrica habilitada para a Indústria 4.0 é frequentemente definida como uma Fábrica Inteligente ou conhecida como Manufatura Inteligente. Em uma fábrica inteligente, o equipamento 'aprende' a prever anomalias e a tomar decisões descentralizadas em tempo real para responder aos eventos. Muitos fabricantes já estão usando componentes de uma fábrica inteligente, como realidade aumentada, para ajudar a consertar máquinas, mas uma verdadeira fábrica inteligente é um empreendimento mais holístico.

Usando um sistema de Fábrica Inteligente, todos os dados relevantes são agregados, analisados e implementados. Dentro das fábricas inteligentes estruturadas modulares, os sistemas ciberfísicos monitoram os processos físicos, criam uma cópia virtual do mundo físico e tomam decisões descentralizadas. Através da Internet das Coisas, os sistemas ciberfísicos comunicam-se entre si e com os humanos em tempo real e através da Internet dos Serviços. Sensores, dispositivos, pessoas e processos fazem parte de um ecossistema conectado que fornece:

• Tempo de inatividade reduzido
• Excedente e defeitos minimizados
• Percepções profundas
• Visibilidade de ponta a ponta em tempo real
• Gêmeo Digital da Fábrica

Os fabricantes que são capazes de monitorar continuamente processos, equipamentos, pessoas, fornecedores e tomar decisões preditivas automatizadas melhorarão a produtividade e ganharão uma vantagem competitiva sobre aqueles que adotam uma abordagem isolada. A necessidade de máquinas “inteligentes” só vai continuar a crescer e as organizações precisam implementar uma solução que incorpore a análise de dados para dar suporte às operações; análise preditiva ou preemptiva; integração de big data com fontes de big data; análises e ações em tempo real; e integração em tempo real da IoT.

Os objetivos da Manufatura Inteligente, os recursos de manufatura (máquinas, equipamentos, pessoas e fábricas) e os processos que realizam são melhores quando automatizados, integrados, monitorados e avaliados continuamente para permitir que as pessoas trabalhem com mais inteligência, tomem decisões oportunas e executem operações que são mais eficientes.

O próximo passo virá com a introdução da tecnologia celular 5G. Isso permitirá cada vez mais aos fabricantes migrar para tecnologias centradas na nuvem devido à sua maior velocidade e menor latência. Uma diminuição na latência significa uma capacidade de dados muito maior para permitir que máquinas e sistemas reajam prontamente em tempo real. A rede 5G garante a confiabilidade da conexão. Os operadores podem trabalhar com os controles da máquina em qualquer lugar do chão de fábrica com a confiança de que as conexões não serão perdidas. Pela primeira vez, o 5G oferece uma taxa de dados e confiabilidade comparável à comunicação com fio.

A mudança de formas tradicionais e lineares de receber informações para análises e inteligência em tempo real pode mudar completamente a maneira como os produtos são fabricados. A Indústria 4.0 é mais do que apenas todas as tecnologias listadas acima. É sobre como as organizações podem aproveitá-los, agrupá-los e melhorar as operações e o crescimento. As organizações devem descobrir a melhor forma de usar essas novas tecnologias para se manterem competitivas.