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Indústria 4.0: Projeto e Implantação na Automação Industrial

Neste texto vamos falar sobre a implantação de projetos de Automação Industrial aderentes a Indústria 4.0, importante saber que, não estamos querendo postular um modelo, mas sim, apresentar uma proposta, um singelo roteiro de visões sobre as tecnologias que se encontram disponíveis e principalmente, o que poderia ser exequível nas plantas existentes.

Para se chegar a uma planta digital, nos moldes da proposta da Indústria 4.0, utilizando todas as tecnologias existentes, é necessário percorrer um caminho inicial, pois sem um preparo, não poderemos implantar as tecnologias propostas no contexto da indústria digital, são os seguintes passos abaixo que propomos:

  • Passo 1 – Entenda o conceito da Indústria 4.0 e seus impactos
  • Passo 2 – Analise a automação existente em sua planta
  • Passo 3 – Otimize o processo existente
  • Passo 4 – Faça a convergência de dados de sua cadeia produtiva
  • Passo 5 – Implante as ferramentas da Indústria 4.0 (redesenhe seus processos)

Para delimitar nosso tema a respeito de projeto e implantação da Indústria 4.0, vamos entender:

  • Como repensar um ambiente de produção com ferramentas digitais
  • Como obter vantagem no negócio com um modelo de tecnologia baseado na Indústria 4.0
  • Como usar as tecnologias atuais e integrar a planta de produção no negócio digital

Cenários comuns em projetos de Indústria 4.0

Quando se entende a necessidade de buscar modelos de implantação da planta digital, normalmente temos alguns cenários conhecidos:

  • Tenho uma produção e necessito colocar o nível de produção aderente a Indústria 4.0
  • Quais ferramentas já posso utilizar e qual a utilidade no novo modelo de produção digital
  • Como alterar uma cultura de produção para um novo modelo, desde planejamento até operação

O modelo produtivo evoluiu ao longo do tempo, alterando o perfil da produção, que no início, só se tinha a visão da planta local e seu processo unitário. Com a automação industrial e redes de informação, passamos a conectar o planejamento e gestão na produção, tendo um contexto maior da planta, mas ainda limitado ao processo local.

Já com a Indústria 4.0 e as redes convergentes, o modelo produtivo, passa a ser o próprio modelo de negócios, uma vez que a conexão é de toda cadeia produtiva que orbita no ecossistema da empresa.

Para trilhar a implantação da Indústria 4.0 nos processos produtivos, temos alguns desafios que são comuns para uma análise:

  • Como atualizar uma planta produtiva existente de acordo com um modelo da Indústria 4.0
  • Como gerar valor no negócio a partir de um novo modelo de planejamento e gestão produtivo
  • Como incorporar novas tecnologias de produção e planejamento, com objetivo de aumentar receita e diminuir custos

Um projeto de automação que tenha as premissas da Indústria 4.0, deve se encaixar nos quadrantes da tecnologia, que propomos a observar:

  • Conhecimento da Plata (informação)
  • Produtividade (eficiência produtiva)
  • Decisões (diagnósticos e prognósticos)
  • Novos formatos (oportunidades de negócio)

A automação industrial dos projetos atuais, devem ter as seguintes diretrizes abaixo, uma vez que estes sistemas devem dar as respostas a indústria digital:

  • Permitir novas formas de fazer negócios
  • Eliminar ao máximo o desperdício e o erro
  • Permitir customização e personalização da produção

As principais características da Indústria 4.0 é ser colaborativa, preditiva e inteligente. Para isso, sua arquitetura de produção deve ser, interoperável, flexível e descentralizada, com impactos diretos na escala produtiva, mão de obra e tomada de decisões.

Principais conceitos utilizadas na Indústria 4.0

Para os projetos de automação industrial, devemos utilizar as tecnologias da Indústria 4.0, talvez uma mais aderente que a outra, a depender do processo produtivo a que se refere, porém é bom listar as principais:

  • Redes de comunicação
  • Cibersegurança
  • IOT e Internet Industrial
  • Cloud Computing
  • Big Data
  • Mineração de dados
  • Aprendizado de máquina
  • Virtualização (digitalização)
  • Realidade aumentada
  • Gêmeos digitais
  • SOA
  • OPC-UA
  • RFID
  • Produção por adição
  • Drones
  • Robôs

Como dever ser a planta da Indústria 4.0 e o que deve ser levado em consideração no contexto de projeto e implantação:

  • A planta deve ser interoperável – todo sistema se comunica;
  • Deve permitir virtualização – do planejamento a manutenção;
  • Deve ser flexível, modular e descentralizada;
  • Utilizar banco de dados em formato Big Data e em Cloud;
  • Utilizar modelos decisórios baseado em análise de dados;
  • Estar estruturada com sistemas de Cibersegurança.

A questão da interconexão, deve levar em consideração particularidades de cada setor, sistema, departamento, ou fornecedores, internos ou externos, que participem do processo produtivo.

Também deve ser observados que cada agente deste deve estar conectado a um sistema de Cloud, que permita produzir informações de forma a unir no ecossistema, e o Big Data, absorverá todas estas informações, permitindo modelagem de dados para tomada de decisões.

A Indústria 4.0, em processos dinâmicos, que necessitem de customização em massa, devem ter sistemas de automação descentralizados, que controle células locais e respondam a processos centrais, sendo um arranjo de automação altamente flexível, que permita interconexão e mudanças rápidas na produção, além de sistema de segurança que monitore todo o processo em rede.

Na utilização das tecnologias, as principais diretrizes que temos que ver, no que se refere a aplicação, devemos levar em consideração de forma prática:

  • Conectar todas as informações (automação, IoT, IIoT, banco de dados)
  • Usar Cloud e Big Data para centralizar e analisar dados
  • Usar mineração de dados para eliminar decisões intermediárias, focando o gestor
  • Usar aprendizado de máquina para operar o sistema, fazendo do operador um supervisor de processo
  • Usar predição (analisador de causas), criando prognóstico em produção e manutenção

As tecnologias da Indústria 4.0 permeiam uma grade de projetos. Todavia, não necessariamente usaremos todos os elementos, ou pelo menos, devemos entender o que são rotas de dados para o usuário.

Por exemplo, o dado iniciando pelo processo, pode seguir uma rota de cibersegurança e IoT diretamente para a operação, não necessariamente sendo analisado no Big Data, deve-se construir as rotas de acordo com cada processo.

Principais diretrizes para projetos de sistemas para a Indústria 4.0

Abaixo sugerimos a observação das principais diretrizes para projetos de sistemas para Indústria 4.0:

Instrumentação e medição: use redes Ethernet e redes Wireless – adote protocolos industriais baseado em Ethernet e integre o IoT Industrial.

Controle: descentralize o máximo o controle, isso dará flexibilidade da produção, use microcontroles e controladores centrais de comunicando e conecte no Cloud.

Infraestrutura: use ferramentas de virtualização, cloud computing e gestão do sistema via outsourcing

Operação: use dispositivos móveis, crie aplicativos de alta integração, evolua no uso do deep learning para apoio da operação.

Manutenção: use modelos de manutenção baseado em eventos, conecte dados no cloud e use prognósticos de ativos e acesso remoto.

Gestão da Produção: conecte os dados da produção, conecte ativos pela IoT e sistemas pela IIoT, use o Big Data.

Apoio a tomada de decisões: conecte os dados da cadeia de produção no Big Data e use ferramentas de Mineração de Dados e Machine Learning.

Utilize serviços de Cloud Computing, onde estas plataformas são utilizadas e pagas como serviços, tais como, IBM BlueMix, Google Cloud Platform, Microsoft Azure, Amazon AWS, com as principais características:

  • Armazenagem de dados
  • Máquinas virtuais
  • Processamento sob demanda
  • Segurança de dados
  • Mineração de dados
  • Aprendizagem de máquina

Crie uma estrutura de conectividade, que permita que os dados internos de produção trafeguem pelas redes, use gateways e servidores OPC, use sistemas de roteamento de dados para conexão ao Cloud, crie modelos de gestão, manutenção, planejamento e automação, dentro do ecossistema.

Elabore uma arquitetura de automação que contemple todos os agentes produtivos da indústria, pense no negócio como um todo e como ele se relaciona, conecte todas as tecnologias disponíveis e crie os webservices, para que seja produzido e consumido informações dentro desta arquitetura.

A implantação de um modelo de Indústria 4.0 é uma mudança cultural de produção, é a própria fábrica digital para um novo modelo industrial, necessitando de liderança transformativa na indústria, sendo liderada por uma geração digital de profissionais que entenda o valor da mudança, liderada pelo CEO, líderes da transformação e composta por equipes também líderes e polivalentes, seguindo os principais passos como sugestão de implantação:

  • Passo 1 – Aplique Lean Manufactoring e indicadores de gestão e eficiência OEE
  • Passo 2 – Identifique na produção o processo de maior integração – faça um piloto
  • Passo 3 – Defina sua capacidade produtiva – crie modelos de tomada de decisões (Big Data)
  • Passo 4 – Aplique convergência e Machine Learning – elimine operações no processo
  • Passo 5 – Escale o processo – integre setores – replique o modelo

Pontos a serem observados na implantação da Indústria 4.0

Passamos abaixo, alguns pontos importantes para serem observados na implantação:

  • Análise do status atual de automação (dados) de planta
  • Análise do status atual de operação, manutenção e planejamento
  • Identificação de pontos, operação e ações de otimização (ativos de planta, ponto de operação e segurança operacional)
  • Desenho da convergência de dados e informações da planta (infraestrutura)
  • Análise e projeto do sistema de cibersegurança (TO e TI)
  • Projeto de digitalização – complemento de IOT e dados externos (PCP, MES,MOM) – modelo de tomada de decisões
  • Redesenho:
    • Tomada de decisões na gestão da planta
    • Ações de controle ótimo
    • Prognósticos de manutenção
  • Treinamento

Roteiro de preparação para a Indústria 4.0

Relacionamos abaixo os principais benefícios esperados com a implantação de um roteiro para preparar a planta para a Indústria 4.0:

  • Iniciar a jornada pela Indústria 4.0 e se adequar ao futuro da Manufatura e Processos
  • Obter novas oportunidades de conectar a fábrica aos consumidores e processos de inovação
  • Gerenciar receita e custos, baseado em status de tempo real e prognósticos de cenários
  • Diminuir tempo de tomada de decisões, diminuir erros de operação e integrar planejamento e qualidade da produção em tempo real
  • Aumento de portfólio de oportunidades de negócios, com uma fábrica flexível, integrada e descentralizada

Conclusão

Concluímos que projeto e implantação da Indústria 4.0, ainda estão no início de uma curva de maturidade, ainda que já haja tecnologia disponível, todavia, a questão é “saber” unir todos os pontos (universo cibernético) e mudar uma cultura de produção, de forma a obter vantagens competitivas em um mundo altamente digital e dinâmico.

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