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A Internet das Coisas na Indústria 4.0

A digitalização de dados de máquinas, processos e dispositivos, complementam a camada operacional de uma planta industrial. A Internet das Coisas (IoT), como é conhecida, é a técnica que permite conectar informações em geral de dispositivos na internet.

Isto possibilita, dentro da Indústria 4.0, a interconexão de dados e sistemas, permitindo formar o ecossistema cibernético, onde conseguimos obter a interoperação completa e total da planta industrial, onde podemos chamá-la de planta digital.

Vamos entender através de nossa analogia já estudada anteriormente a questão das rodovias: como já construímos as vias (infraestrutura), colocamos sinalização e procedimentos de tráfego (cibersegurança), agora como permitir com que todos os elementos ao redor desta rodovia (cadeia produtiva), possa trocar informações entre si, criando um ambiente digital, impactando novos formatos de produção, desde o planejamento a logística, passando pela produção e qualidade.

Com isso, vamos falar neste artigo sobre:

  • Como criar uma camada de digitalização do processo produtivo – IoT
  • Como conectar a cadeia de fornecimento, complementando a interconexão da indústria – IIoT
  • Quais ferramentas de gestão operam no nível de digitalização da produção

Quando pensamos em digitalizar a produção industrial, termo este que é usado na camada da Indústria 4.0, temos diversos cenários, abaixo listamos alguns que ocorrem e merecem nossa atenção:

  • Em uma unidade produtiva, é necessário digitalizar os movimentos dos ativos para planejamento e controle da qualidade
  • Para apoiar o setor de manutenção, a digitalização de todos elementos ativos, documentos e cenários, permitem o prognóstico de planta
  • A interconexão de logística, fornecedores, suprimentos, agrícola na rede industrial, permite gestão em tempo real para produção

Na evolução da informação digital das plantas produtivas, temos a época que na verdade o dado nem mesmo era digital, somente havia a informação e esta era analógica.

Depois houve a evolução dos dispositivo, mas continuava com o foco loca. Após essa fase, temos com as redes locais, a possibilidade de verticalizar dados – que são digitais – trocando informações do chão de fábrica, planejamento e administração com a TI. Todavia, com foco apenas nos sistemas que permitiam esta função.

Mas a Indústria 4.0, necessita de uma outra camada, para que de fato tenhamos uma produção digital. Desta forma, os ativos, sistemas e subsistemas da cadeia produtiva, devem complementar as informações de toda a unidade industrial, através da convergência de todas as redes industriais.

Para digitalização de dados da indústria, temos diversos desafios, podemos eleger alguns comuns para que seja pensado na implantação da solução:

  • Como criar uma rede de informações complementar na produção que permita planejar e monitorar a produção e manutenção em tempo real
  • Como conectar redes independentes, tais como, logística, fornecedores, laboratórios e unir nas redes industrias
  • Como estabelecer padronização e segurança da informação nas redes de IoT na indústria

O conceito da informação digital no contexto da Indústria 4.0, é que este dado, deve ser de todos os ativos e sistemas (todas as coisas), deve estar em qualquer lugar e permitir a conexão com esta informação a qualquer hora.

A Internet das Coisas na Indústria

A  Internet das Coisas (IoT), surge como a ideia de conectar qualquer dispositivo que gere informações e possa se conectar a um serviço de cloud. E isso pode estar em qualquer âmbito: casa, hospitalar, esportes, entre outros.

Já a Internet Industrial das Coisas (IIoT), foi a evolução das informações da cadeia produtiva, com o mesmo conceito de IoT, conectando estas informações via cloud, por exemplo.

É importante saber a diferença entre IoT e IIoT: sistemas que conectam coisas, complementam informações, normalmente somente produzem dados, pode ser usado em qualquer setor da indústria, por exemplo, para gerenciar ativos e analisar tendências de manutenção.

A IIoT, forma uma camada crítica do processo produtivo, por exemplo, pode-se conectar diretamente um fornecedor de produto em tempo real na linha de produção, que analise a qualidade e uso de seu produto.

Outro exemplo é conectar a cadeia logística de entrada e saída de materiais e controlar a produção, em tempo real, no ponto ótimo de operação. Isso passa a ser uma aplicação de produção e consumo de dados, com perfil crítico.

A utilização de IoT e IIoT, trazem benefícios as plantas produtivas, onde são esperados os seguintes ganhos abaixo:

  • Redução de operações ou paradas
  • Melhoria do uso do ativo
  • Redução de operações ou custo do ciclo do ativo
  • Melhoria do uso do ativo – performance
  • Melhoria da produção
  • Aumento da rapidez na tomada de decisões
  • Oportunidade para novos negócios
  • Permitir venda ou compra de produtos como serviço

A Indústria 4.0, propõe a fábrica digital. Com isso, a premissa de se digitalizar todas as informações pode levar a um questionamento sobre a razão e motivo de digitalizar tantos dados, que antes não estavam disponíveis em tempo real e agora, se fazem necessários.

Abaixo então, os motivos para se digitalizar estes dados através da IoT e IIoT:

  • Informação barata
  • Transformar informação em inteligência
  • Diminuir Expertise
  • Diminuir risco de tomada de decisões
  • Diminuição de operações
  • Transparência de ações
  • O executado é “aprendido”
  • Eliminar o “meio”
  • Eliminar erro e desperdício
  • Ganho de tempo

A camada de IoT e IIoT na indústria provocará um modelo de prognóstico, uma vez que a automação – que já existe – responde perguntas do que está acontecendo, o que aconteceu e porque aconteceu.

Mas esta camada digital, responderá perguntas tais como: o que irá acontecer, e, isso mudará a forma de operar e manter uma planta industrial.

Se as informações estão todas digitalizadas e há todos os meios (redes) para que trafeguem e troquem informações entre si, é esperado que se possa haver tomada de decisões não só entre operadores e máquinas, mas também entre máquina e máquina, isto chamamos de M2M, Machine to Machine.

Um item muito importante que deve ser levado em consideração para a digitalização da produção, são os RFID’s (Sistemas de Identificação por Rádio Frequência), que em linhas gerais, permitem o rastreio total de todos elementos produtivos dentro da planta e fora dela, permitindo ações em tempo real (tempo e local), fazendo correções, agindo de forma antecipada e monitorando a qualidade no instante do movimento produtivo.

Com estas camadas digitais, construídas pela IoT e IIoT, podemos utilizar tecnologias de planejamento, qualidade e operação, de uma forma totalmente inovadora.

A virtualização é o planejamento produtivo totalmente digital, do projeto a produção, podendo trabalhar todos os cenários, mesmo antes da produção real acontecer.

Planejamento de sistemas para IoT na Indústria

As arquiteturas de sistemas de automação industrial, que tenham aderência a Indústria 4.0, devem prever, além das camadas já conhecidas do controle operacional e todo o arcabouço de controle, a camada de IoT e IIoT, onde vamos convergir todos estes dados em um Big Data, entregando possibilidades de controle operacional, com tomadas de decisões em formato de prognósticos e de com possibilidade de ações autônomas.

Sobre os protocolos que são usados, é importante saber que a IoT, como dissemos, normalmente somente produz dados e envia.

O protocolo MQTT é bem aceito para esta aplicação.

Todavia, para IIoT, é necessário unir dados críticos de ação em processo, com protocolos existentes, e na ponta, comunicando em OPC-UA, que é a tecnologia mais atual para atender as premissas da Indústria 4.0.

Os sistemas de IoT e IIoT, devem ser projetados e ter ferramentas de segurança de dados, com as seguintes camadas, que permitam trafegar do dado a informação dentro do sistema:

  • Dado
  • Token (gerador randômico)
  • Zona de conexão
  • Chave de acesso
  • Criptografia
  • Autenticação
  • Antivírus
  • Firewall da rede

Para implantar a camada digital de IoT e/ou IIoT na indústria, sugerimos as seguintes observações, que são comuns em projetos de digitalização para tomada de decisões:

  • Separar camada de automação (comando e controle) – tabela de informações
  • Digitalizar sinais das “COISAS” para completar tabela de dados IoT
  • Conectar outras redes (Gestão, Manutenção, Planejamento, Qualidade, Laboratório) tabela de dados
  • Conectar mundo externo (Logística, Fornecedores, Clima…) IIoT
  • Quais conjuntos de informações “formam” cenários para tomada de decisões?

Conclusão

Concluímos que a digitalização dos processos e toda a cadeia produtiva da indústria é a base da Indústria 4.0, com as camadas de IoT e IIoT é possível planejar, controlar e rastrear a produção, tanto por simulação digital, quanto por virtualização, ganhando tempo de tomada de decisões e redução de custos.