10 principais componentes da Indústria 4.0
Aaron Ricadela | Estrategista de Conteúdo | 19 de dezembro de 2023
A convergência de ampla cobertura de Internet, sensores sem fio de baixo custo, comunicação 5G e processamento de dados mais potente está permitindo que os fabricantes digitalizem suas fábricas para reduzir os custos de produção, aumentar a capacidade de produção e melhorar a qualidade do produto. Esse movimento é conhecido como Indústria 4.0, referindo-se à quarta revolução industrial, depois que as três eras industriais anteriores deram início a grandes avanços em sistemas a vapor, sistemas elétricos e na automação eletrônica. Isso envolve a combinação de tecnologias de máquina e de informação para melhorar a forma como os produtos são obtidos, produzidos e enviados no mundo todo.
As fábricas da Indústria 4.0 apresentam máquinas e ferramentas equipadas com sensores; uma nova geração de robôs automatizados; e ferramentas de realidade aumentada, realidade virtual e vídeo que se comunicam entre si para aumentar a precisão e a produtividade. Juntamente com o software de machine learning (ML) e a análise de big data, essas “fábricas inteligentes” extraem mais eficiência dos processos, monitorando e ajustando automaticamente as execuções de produção. Elas também ajudam os fabricantes a programar linhas de produção de acordo com os gargalos previstos, os cronogramas de manutenção, os custos e a configuração da linha de produção. Os fabricantes com essas fábricas inteligentes podem responder mais rápido às mudanças na demanda ou nos requisitos de produção do que aqueles com linhas de montagem convencionais. Além disso, podem identificar tanto os possíveis problemas quanto as oportunidades com maior facilidade, maximizando a receita.
Os resultados vão além da produção. A Indústria 4.0 tem o potencial de substituir o trabalho humano por mais automação, exigindo que os fabricantes treinem novamente vários de seus funcionários para executar tarefas de nível mais alto e orientados para a tecnologia.
O que é Indústria 4.0?
A Indústria 4.0 é o uso de tecnologias de automação e análise de dados para criar fábricas inteligentes em que as máquinas se comunicam entre si e com os trabalhadores para automatizar mais processos de produção, reduzir defeitos e prever falhas nos equipamentos. Uma abordagem da Indústria 4.0 para a manufatura pode aumentar a produção, reduzir custos, aumentar a qualidade do produto, acelerar o tempo de lançamento no mercado e ajudar a garantir que as linhas de produção não sejam interrompidas.
Por exemplo, a Alcar Ruote, da Áustria, que fabrica rodas de aço de reposição para carros europeus, implementou um software de cadeia de suprimentos e fabricação para analisar dados de sensores em sua fábrica na Suíça. Com uma fábrica inteligente, a Alcar Ruote agora pode antecipar melhor as falhas de máquinas e comparar a qualidade do produto com as solicitações do cliente, e reduziu drasticamente o tempo perdido de produção ou os períodos em que os trabalhadores passam ociosos ou refazendo tarefas.
As fábricas inteligentes utilizam sensores montados em equipamentos de produção que coletam dados e os transmitem ao software ERP, que analisa os dados em tempo real. As técnicas de produção da Indústria 4.0 permitem que os fabricantes usem esses dados para criar representações digitais de equipamentos e processos. Usando esses “gêmeos digitais”, fabricantes como a BMW e a Siemens testam virtualmente novos layouts de fábrica – por exemplo, adicionando um robô a um determinado espaço de trabalho, levando em conta a iluminação do edifício e a ergonomia – e os implementam em menos tempo que o normal.
As fábricas “lighthouse”, que as multinacionais usam para demonstrar a adoção dos métodos da Indústria 4.0, incluem
- Fábrica de montagem da BMW em Regensburg, Alemanha, para hatchbacks Série 1 e SUVs compactos X1 e X2. Os relógios inteligentes alertam os funcionários sobre um veículo com requisitos incomuns que está chegando à linha de produção, e os robôs industriais trabalham junto com os humanos para lixar e polir o chassi de acordo com as necessidades específicas, enquanto as câmeras detectam defeitos na pintura.
- Smart Park da LG Electronics em Changwon, Coreia do Sul, que fabrica eletrodomésticos. Um sistema de transporte aéreo ou veículos automatizados gerenciados pela rede sem fio 5G da fábrica entregam peças de refrigeradores e outros itens às linhas de produção. Um “depósito inteligente” conectado a cada linha monitora o estoque e solicita peças e suprimentos adicionais conforme necessário. Sensores em máquinas identificam possíveis problemas de fabricação e direcionam robôs para corrigi-los antes que haja um problema.
- Fábrica de eletrônicos inteligentes da Schneider Electric em Lexington, Kentucky. Os técnicos digitalizam as informações da máquina com tablets para acessar e analisar desenhos esquemáticos de realidade aumentada, reduzindo o tempo de reparo em 20%. As etiquetas RFID permitem que os gerentes rastreiem milhares de peças em projetos em andamento à medida que os produtos passam pela fábrica.
- Fábrica de eletrônicos do conglomerado de engenharia Siemens em Amberg, Alemanha. Um sistema que inclui sensores, computação de ponta e IA identifica automaticamente componentes e produtos acabados, registra todos os parâmetros do processo e analisa os dados em tempo real para automatizar a maior parte da produção e reduzir os defeitos para quase zero.
Ainda assim, em 2020, cerca de três quartos dos fabricantes que implementaram as tecnologias do setor 4.0 estavam presos em um impasse, incapazes de gerar um ROI satisfatório, de acordo com um estudo da McKinsey. Esses programas continuam difíceis de escalar e as equipes tendem a ficar presas analisando uma operação inteira antes de implementar ganhos rápidos.
Principais conclusões
- A Indústria 4.0 é uma abordagem de fabricação que envolve equipamentos físicos e software, juntamente com computação em nuvem, análise de dados e redes sem fio.
- Os fabricantes estão se unindo a provedores de serviços em nuvem para obter aplicações, serviços de banco de dados, serviços de inteligência artificial (IA) e poder de computação em nuvem que podem coletar e compreender os dados de suas máquinas.
- As empresas devem garantir que esses sistemas estejam bem integrados aos seus processos atuais para obter as economias de tempo e custo de uma abordagem da Indústria 4.0.
- Os principais objetivos das iniciativas da Indústria 4.0 são aumentar a produção, reduzir os custos, melhorar a qualidade dos produtos e acelerar o tempo de lançamento no mercado.
Por que a Indústria 4.0 é tão importante?
Os principais fabricantes aumentam a produção, reduzem as perdas de material e melhoram os prazos de entrega com os métodos da Indústria 4.0. Isso é especialmente importante agora, em meio à escassez de materiais e à interrupção das cadeias de abastecimento. Diante da crescente pressão dos órgãos reguladores e dos investidores para atingir as metas de sustentabilidade, os fabricantes também usam as práticas da Indústria 4.0 para reduzir o consumo de energia e o desperdício, ajustando as linhas de produção. A Indústria 4.0 também pode melhorar a produtividade nas operações diárias da fábrica, uma necessidade para as indústrias de manufatura em muitos países que lutam contra a escassez de mão de obra.
10 componentes da Indústria 4.0 que você precisa entender
Os projetos bem-sucedidos da Indústria 4.0 dependem de diversas tecnologias que operam em conjunto e de forma integrada e segura.
1. Internet das Coisas (IoT)
As redes de máquinas com sensores que transmitem informações sobre a integridade e as operações do equipamento, combinadas com software que usa IA e ML para analisar resultados de forma instantânea, geram ganhos de produtividade e qualidade do produto à medida que as empresas as utilizam para identificar gargalos, reconfigurar linhas conforme necessário e detectar defeitos.
2. Fábricas inteligentes
As fábricas inteligentes integram monitoramento da linha de produção e manutenção preditiva com tecnologias como computação em nuvem, blockchain e impressão 3D. Algumas dessas fábricas funcionam como “lighthouse”, que mostram a outros fabricantes os ganhos que poderão obter com uma abordagem da Indústria 4.0. Além de mais controle de qualidade, os benefícios das fábricas inteligentes incluem a capacidade de reconfigurar virtualmente as máquinas na área de produção e observar os possíveis efeitos por meio de simulações digitais de processos, como a BMW faz em sua fábrica em Regensburg, na Alemanha.
3. Sistemas cibernéticos
Máquinas equipadas com sensores que se conectam entre si e à internet ajudam a monitorar e controlar processos de fábrica, como montagem e pintura. Por exemplo, um fabricante inteligente pode colocar sensores conectados à Internet em máquinas de várias fábricas e, em seguida, usar um único sistema de software para avaliar remotamente se elas precisam de manutenção, em vez de avaliar cada uma delas pessoalmente. As vantagens dos sistemas ciberfísicos incluem mais eficiência, segurança e a capacidade de adaptar processos às condições em constante mudança, como a empresa de realização de produtos Noble Plastics descobriu após implementar a tecnologia IoT para impulsionar o desempenho e a configuração da máquina remotamente.
4. Internet dos Serviços
Esse conceito é uma extensão da IoT. Algumas empresas criam serviços de software de análise para suas máquinas e os vendem aos clientes. Por exemplo, a Siemens oferece aos clientes seu software chamado Insights Hub, que permite monitorar máquinas individuais da fábrica com métricas que incluem rendimento diário, tempo de inatividade e status de manutenção. Os fabricantes podem usar esses insights para escolher a combinação certa de máquinas e concluir um pedido inesperado e urgente, por exemplo. Em outro exemplo, o software de monitoramento remoto do fornecedor suíço de energia e controle ABB permite que os técnicos das instalações de energia solar prevejam a produção e gerenciem os equipamentos remotamente. Os clientes podem comprar tanto o maquinário da planta quanto o software da ABB.
5. Integração de sistemas
Aproveitar os dados da IoT requer a integração de aplicações e a troca desses dados entre vários sistemas, incluindo bancos de dados, aplicativos ERP e software de análise. As conclusões derivadas das análises desses dados precisam ser compartilhadas entre os departamentos, incluindo compras, produção, vendas e serviços – por exemplo, permitindo que as linhas de montagem e pintura sejam coordenadas com o transporte ou mantendo os supervisores atualizados sobre o status das máquinas. A Titan Wheel, que fabrica rodas para equipamentos agrícolas e de construção, usa a tecnologia IoT com ERP em nuvem e software de gerenciamento da cadeia de suprimentos para registrar as peças que saem de uma linha, oferecendo às equipes uma visão em tempo real da disponibilidade do estoque e eliminando gargalos no envio.
6. Computação em nuvem/borda
Os fabricantes industriais usam serviços de computação baseada em nuvem e armazenamento de dados para processar e armazenar grandes quantidades de dados provenientes de máquinas conectadas e aplicar análises avançadas a esses dados para aprimorar a tomada de decisões. A próxima geração de soluções de computação de borda, como o Oracle Roving Edge Infrastructure, aproxima os recursos de nuvem das linhas de produção.
7. Análise avançada de big data e IA
A análise de Big Data, com a ajuda de IA e ML, obtém insights das enormes quantidades de dados que as fábricas inteligentes geram, e os fabricantes usam esses insights para tomar decisões. Por exemplo, um fabricante pode analisar os padrões de manutenção de máquinas de uma determinada marca e modelo ou ao longo de um determinado ano, juntamente com grandes quantidades de dados de sensores de uma determinada máquina em sua fábrica, para decidir quando enviar um funcionário de manutenção. A IA também pode ajudar a reconfigurar as linhas de produção com base no planejamento e na liberação de pedidos.
8. Interoperabilidade
A troca aberta de dados entre sistemas de TI e equipamentos industriais é a base da Indústria 4.0. O software em fábricas e data centers de computação em nuvem precisa ser capaz de ler informações de redes de sensores para impulsionar a tomada de decisões autônomas e melhorar a produção.
9. Robôs
A precisão e a utilidade dos robôs estão melhorando em uma variedade de configurações de fábrica que exigem que máquinas e seres humanos trabalhem lado a lado ou que os robôs lidem com tarefas delicadas. Em ambientes industriais, os braços robóticos colaborativos podem acelerar a eficiência durante determinados momentos do processo de montagem e, em seguida, desacelerar quando os operadores se aproximam para colocar novas peças em um pallet. Os robôs industriais podem operar em turnos consecutivos, ajudando as empresas a lidar com a escassez de trabalhadores na linha de montagem em meio ao aumento do volume de pedidos.
10. Segurança cibernética
As máquinas no chão de fábrica são substituídas apenas uma ou duas vezes a cada década, enquanto os sistemas de TI são atualizados com muito mais frequência. Essa disparidade cria possíveis problemas de segurança à medida que as máquinas são expostas à internet aberta. No entanto, a computação em nuvem pode reforçar a segurança, pois o software fornecido como serviço é continuamente atualizado. Os provedores de serviços em nuvem podem fornecer serviços de segurança que analisam possíveis vulnerabilidades de máquinas conectadas e recomendam soluções. As configurações de rede privada LTE e 5G, nas quais um fabricante possui e controla o espectro de rádio usado para transmitir dados de sensores, também podem fortalecer a segurança de IoT de uma empresa.
Obtenha os benefícios da Indústria 4.0 com a Oracle
Os fabricantes podem obter mais insights sobre como melhorar as operações usando o software da Indústria 4.0 da Oracle. O gerenciamento da cadeia de suprimentos e as aplicações de ERP permitem que os fabricantes capturem e analisem dados do chão de fábrica para dar suporte às configurações inteligentes de fábrica. As aplicações permitem que as equipes projetem visualmente os processos de produção e forneçam aos técnicos painéis móveis para acompanhar o progresso do trabalho. O software de fabricação em modo misto lida com o processamento discreto e em massa na mesma instalação. Os supervisores de produção podem ter visões gerais do progresso do trabalho, problemas e relatórios de qualidade em um PC, tablet ou telefone e gerar listas de peças ou históricos de qualidade com facilidade.
As Oracle Fusion Cloud Internet of Things Intelligent Applications incluem módulos que permitem que os fabricantes usem dados de sensores para monitorar o trabalho em andamento e evitar interrupções não planejadas; manutenção preditiva para dar suporte ao tempo de atividade; logística conectada para monitorar sistemas de transporte e depósitos; e segurança no local de trabalho. O sistema de execução de manufatura (MES) da Oracle permite que as empresas monitorem suas atividades de produção com KPIs e medidas de status do chão de fábrica. O sistema ajuda as equipes a aumentar a produtividade, priorizando atividades e ajudando a identificar aquelas que geram desperdício. A captura automática de dados ajuda os operadores na área de produção a gastar mais tempo na fabricação e menos tempo gerando relatórios.
Perguntas frequentes sobre componentes da Indústria 4.0
Qual é a diferença entre a Indústria 4.0 e IoT?
A Internet das Coisas conecta máquinas e processos por meio de uma rede de TI. É apenas um componente de uma configuração da Indústria 4.0, que também inclui software avançado para analisar os dados provenientes da rede e automatizar as decisões com base nessa análise.
Como a Indústria 4.0 pode ajudar o meu negócio?
As tecnologias abordadas, quando implementadas de forma eficiente, podem melhorar a qualidade do produto e os prazos de entrega, ajudar a reduzir custos operacionais, levar a decisões melhores e mais rápidas, apoiar as metas ambientais das empresas e apoiar novas indústrias de manufatura, processos e modelos de negócios.
Como a Indústria 4.0 difere da produção enxuta?
A produção enxuta, na qual as empresas recebem matérias-primas no momento em que precisam delas e trabalham continuamente para eliminar desperdícios em seus processos, tem suas raízes nos sistemas de manufatura da Toyota no pós-guerra. Desde então, ela tem sido amplamente adotada. A Indústria 4.0 expande esse princípio, incorporando máquinas em rede e análises baseadas em software para aplicar os aprendizados em uma abordagem que apoia objetivos comerciais e industriais.