O que é uma Fábrica Inteligente e Manufatura Inteligente?

Amber Biela-Weyenberg | Estrategista de Conteúdo | 15 de setembro de 2023

Os fabricantes estão aproveitando as mais recentes inovações digitais para repensar suas operações. Em uma pesquisa de 2023 com 1.350 fabricantes em 13 países feita pela Sapio Research e pela Rockwell Automation, 97% dos entrevistados disseram que planejam usar tecnologias de manufatura inteligente – que podem incluir tudo, desde robótica até a Internet das Coisas (IoT) – nos próximos um a dois anos.

Embora esses investimentos forneçam benefícios imediatos ao aumentar as práticas de automação convencionais, eles também estabelecem as bases para que os fabricantes repensem como suas instalações funcionam através da criação de fábricas inteligentes, que enfatizam a interconectividade do sistema e o compartilhamento de dados, ajudando os fabricantes a produzir produtos com mais rapidez e menos defeitos, reduzindo ainda mais os custos.

O que é uma Fábrica Inteligente?

Uma fábrica inteligente usa sistemas e maquinários interconectados para gerar dados, muitas vezes em tempo real, para melhorar os processos de produção de ponta a ponta e ajudar os operadores de máquinas, supervisores de linha, engenheiros, executivos de empresas e outros profissionais a tomar melhores decisões. Máquinas e dispositivos de fábrica inteligentes também geram dados sobre sua própria integridade para que a manutenção possa ser aplicada antes que eles falhem.

Vale ressaltar que as fábricas utilizam robótica e automação há muitos anos. No entanto, essas instalações não são consideradas fábricas inteligentes, a menos que utilizem sistemas e máquinas totalmente integrados, reunindo os mundos físico e digital. As fábricas inteligentes geralmente implementam robótica avançada e, às vezes, impressão 3D. As fábricas inteligentes são a manifestação do mundo real do conceito mais amplo de manufatura inteligente.

O que é Manufatura Inteligente?

Manufatura inteligente é o conceito de usar tecnologias para coordenar processos físicos e digitais nas fábricas e na cadeia de suprimentos de manufatura. Esses processos incluem fornecimento de materiais, logística, produção e descarte. Os principais objetivos da manufatura inteligente são melhorar o desempenho operacional e responder rapidamente às oscilações de oferta e demanda.

Principais conclusões

  • A manufatura inteligente é o conceito de usar tecnologias totalmente integradas para coordenar processos físicos e digitais nas fábricas e na cadeia de suprimentos de manufatura.
  • As fábricas inteligentes são a manifestação do mundo real do conceito de manufatura inteligente.
  • Inteligência artificial, machine learning, a Internet das Coisas e a robótica avançada fazem a maioria das fábricas inteligentes funcionar.
  • As fábricas inteligentes são interessantes para os fabricantes porque podem reduzir custos, aumentar a eficiência, permitir que a produção seja escalonada rapidamente com base na demanda em constante mudança, reduzir a dependência dos funcionários e diminuir os defeitos dos produtos.

Explicação de Fábrica Inteligente e Manufatura Inteligente

Embora os termos manufatura inteligente e fábricas inteligentes sejam frequentemente usados de forma intercambiável, eles são diferentes. Manufatura inteligente é o conceito de usar tecnologias avançadas e conectadas para coordenar processos físicos e digitais nas fábricas e na cadeia de suprimentos de manufatura para aumentar o desempenho. As fábricas inteligentes colocam essa ideia em prática, usando dados coletados de equipamentos em rede incorporados com sensores, conhecidos como Internet das Coisas Industrial (IIoT), emparelhados com robôs e linhas de montagem automatizadas. Por exemplo, uma fábrica inteligente pode identificar possíveis erros de produção no início usando sensores incorporados e conectados a máquinas e dizer a um robô para intervir antes que haja um problema. Avanços tecnológicos como esses impulsionam a Quarta Revolução Industrial, comumente chamada de Indústria 4.0.

O principal objetivo de uma fábrica inteligente é acelerar os processos e eliminar erros. Mesmo com a automação da fábrica inteligente, as pessoas ainda desempenham um papel vital. Os operadores de linha, por exemplo, podem acompanhar os dados de produção em um dispositivo móvel e decidir carregar uma máquina de forma diferente com base nos dados, ajudando a melhorar o desempenho da máquina ou de toda uma linha de produção.

Como funcionam as Fábricas Inteligentes?

As fábricas inteligentes contam com uma rede de sensores e softwares para coletar e compartilhar dados em todas as etapas do processo de manufatura, ajudando os fabricantes a acelerar a produção e melhorar a qualidade dos produtos e a manutenção do sistema. Por exemplo, dentro de uma fábrica, um compartimento em uma linha de produção pode ser equipado com um sensor que aciona uma solicitação de reabastecimento quando está com poucos suprimentos, solicitando que um robô entregue novos suprimentos a tempo de evitar atrasos. Além disso, as máquinas geram continuamente dados sobre sua própria integridade, prevendo necessidades de manutenção e reduzindo falhas. As máquinas conectadas em uma fábrica inteligente também evitam defeitos ao detectar problemas com materiais.

Estrutura e Níveis da Fábrica Inteligente

As fábricas inteligentes geralmente evoluem nos quatro níveis ou estágios a seguir. A maioria das fábricas hoje se encontram no Nível 1.

  1. Disponibilidade de dados. O primeiro passo é os fabricantes coletarem grandes quantidades de dados gerados a partir de sensores conectados aos ativos que circulam nas cadeias de suprimentos e máquinas nos chãos de fábrica. O Nível 1 também envolve a extração de dados de sistemas legados, o que geralmente pode ser um processo manual que envolve integrações personalizadas, importação de planilhas ou até mesmo reentrada de dados.
  2. Contextualização de dados. No Nível 2, os dados são organizados e combinados de diferentes áreas para ilustrar um contexto mais amplo. Por exemplo, os líderes de um fabricante podem querer saber como diferentes níveis de pessoal afetam o resultado, exigindo uma análise básica correlacionando dados operacionais e de RH. Nesse estágio, os dados são organizados em painéis e outras exibições visuais para facilitar a compilação.
  3. Ativação de dados. Métodos de análise avançada que envolvem inteligência artificial e machine learning são aplicados nesse nível, ajudando os fabricantes a prever resultados futuros com pouca intervenção humana. Por exemplo, os algoritmos de IA podem diagnosticar quando uma máquina provavelmente falhará, alertando os operadores a aplicar correções para evitar danos permanentes e longos períodos de inatividade de produção dispendiosa.
  4. Dados em ação. No momento em que uma fábrica inteligente atinge esse quarto nível, é hora de confiar nos robôs e outras máquinas para agir por conta própria com base em suas análises contínuas de fluxos de dados. Por exemplo, uma fábrica inteligente poderia escalonar a produção com base na demanda prevista do consumidor ou utilizar um sensor de visão para identificar uma solda ruim e mandar um robô refazê-la antes que um pedaço de metal avance na linha de produção. Os resultados são então alimentados de volta no sistema de circuito fechado, para que ele possa melhorar o processo de tomada de decisão ao longo do tempo. Nesse nível, os fabricantes percebem a visão completa e autônoma da Indústria 4.0
Estrutura típica da Fábrica Inteligente
Melhorias nas operações de fábrica são feitas ao longo de quatro fases: disponibilidade de dados, contextualização, ativação e análise.

Benefícios de uma Fábrica Inteligente

Segundo uma estimativa da Grand View Research, o mercado global de tecnologia de manufatura inteligente, que engloba vendas de sensores, robôs, software avançado e outros ativos de tecnologia, crescerá de USD 254,24 bilhões em 2022 para USD 787,54 bilhões até 2030. Os fabricantes estão investindo nessa tecnologia porque estão buscando os seguintes benefícios:

  • Custos reduzidos. As fábricas inteligentes reduzem os custos principalmente ao reduzir o número de funcionários, erros humanos, defeitos de produtos e desperdício e estender a vida útil das máquinas por meio da manutenção preditiva.
  • Tome decisões melhores e mais rapidamente. Os dados coletados de sensores e analisados em todas as etapas do processo de manufatura, incluindo toda a cadeia de suprimentos, ajudam executivos, gerentes e funcionários em cada etapa a tomar decisões mais informadas e mais rápidas. Os profissionais da cadeia de suprimentos, por exemplo, podem revisar a recomendação de uma fábrica inteligente de pedir mais materiais e, se concordarem, decidir quando uma remessa deve chegar. Ou eles podem revisar os dados disponíveis e decidir alterar o algoritmo que faz recomendações para que as recomendações futuras estejam mais alinhadas com o que o fabricante precisa.
  • Aumentar a eficiência. A eficiência da manufatura geralmente se refere à qualidade e eficácia do trabalho que está sendo concluído, não tanto a quantidade de produção que está sendo produzida (produtividade). Como tal, as tecnologias de fábrica inteligente aumentam a eficiência principalmente ao minimizar redundâncias de processos, automatizar tarefas repetitivas, reduzir o tempo e o material desperdiçados, minimizar o tempo de inatividade e reabastecer estoques com base nas quedas de produção previstas.
  • Faça mais com menos pessoas. Embora as pessoas ainda desempenhem um papel importante nas fábricas inteligentes, os processos automatizados permitem que os fabricantes tenham mais trabalho feito com menos funcionários. É uma consideração importante, uma vez que cerca de 2,1 milhões de empregos de manufatura nos Estados Unidos não serão preenchidos até 2030 por inúmeras razões demográficas, econômicas e outras, prevê a National Association of Manufacturers.
  • Diminua o impacto ambiental. Ao usar materiais de forma mais eficiente com a ajuda de tecnologias inteligentes e conectadas, as fábricas inteligentes ajudam os fabricantes a diminuir os resíduos que acabam em aterros sanitários, reduzindo a pegada de carbono. Os fabricantes também podem priorizar o uso de materiais e componentes sustentáveis, rastreando as origens e o transporte desses bens usando tecnologias de blockchain e identificação por radiofrequência (RFID).

Tecnologias da Fábrica Inteligente

Em uma pesquisa de 2023 da EY, 97% dos CEOs de manufatura industrial disseram que a continuidade dos projetos de transformação digital e tecnológica é uma prioridade de curto prazo. Esses projetos geralmente envolvem as seguintes tecnologias.

  • Sensores. Sensores são dispositivos que os fabricantes colocam em máquinas no chão de fábrica inteligente para coletar dados sobre diversos fatores, como temperatura, vibrações, pressão, torque, proximidade e movimento. Os sensores são essenciais para a Internet das Coisas Industrial.
  • Internet das Coisas Industrial (IIoT). Os supervisores e operadores de manufatura usam dados coletados de máquinas e outros objetos conectados à Internet no chão de fábrica para analisar a condição física, o desempenho e a Produção desses ativos, bem como os processos de produção que eles suportam. Eles podem então aplicar correções de máquinas e processar ajustes conforme necessário. Por exemplo, sensores conectados à IIoT podem alertar os funcionários sobre futuros problemas de manutenção ao detectar vibrações incomuns ou alterações de temperatura em uma máquina. Com a manutenção preditiva, os fabricantes podem evitar tempo de inatividade custoso e danos às máquinas ao intervir antes que haja um problema. Uma pesquisa de 2022 da IIoT World descobriu que 67% dos fabricantes implementaram ou estão desenvolvendo uma estratégia de IIoT.
  • Computação em nuvem. A computação em nuvem é a base tecnológica da maioria das fábricas inteligentes, onde se encontra os dados, as aplicações e a infraestrutura subjacente. Os serviços de nuvem oferecem vários benefícios importantes. Eles podem ser escalonados facilmente de acordo com as necessidades do fabricante. Novos recursos de aplicações, bem como desempenho e outras melhorias, são entregues automaticamente pela internet, sem taxar as equipes de TI do fabricante com atualizações custosas e demoradas. Os serviços de nuvem podem ser acessados de qualquer lugar e geralmente apresentam segurança e backup robustos. E os fabricantes pagam apenas pela capacidade de aplicação e infraestrutura de que precisarem e utilizarem.
  • Big data. Os fabricantes coletam e analisam grandes quantidades de dados, chamados big data, em suas fábricas inteligentes. As aplicações suportadas por sistemas robustos de ERP incluem manutenção preditiva, detecção de anomalias, verificações de qualidade, redução de resíduos, melhorias de processos e previsão de mercado. Por exemplo, em antecipação a um pico previsto na demanda de um determinado produto, um fabricante poderia dedicar mais de suas linhas de montagem a esse produto e/ou construir um estoque maior dele do que poderia ter de outra forma.

Exemplos de Fábrica Inteligente

As fábricas inteligentes ainda são uma aspiração para a maioria dos fabricantes, mas os primeiros adotantes estão mostrando o caminho a se seguir.

É o caso da LG Electronics, cujo estacionamento inteligente em Changwon, na Coreia do Sul, foi designado uma fábrica “Farol” pelo Fórum Econômico Mundial por sua eficiência de produção, segurança e baixo impacto ambiental. Dentro da fábrica, que fabrica eletrodomésticos, peças para refrigeradores e outros aparelhos são entregues em linhas de produção por um sistema de transporte aéreo ou por veículos guiados automatizados (AGVs) gerenciados pela rede 5G da instalação. Cada linha tem um “depósito inteligente” vinculado que monitora o estoque em tempo real e solicita peças e suprimentos adicionais, conforme necessário. Um sistema de automação de logística 3D minimiza a quantidade de espaço no depósito necessária em 30% em comparação com os sistemas convencionais, diz a empresa, enquanto reduz o tempo necessário para transportar materiais em 25%. Sensores conectados a e dentro de máquinas identificam possíveis problemas de fabricação e faz os robôs corrigi-los antes que haja um problema. Os robôs também realizam trabalhos perigosos, como soldagem e levantamento de equipamentos pesados, tornando a fábrica um lugar mais seguro para os funcionários. Em 2022, a LG disse que planeja aplicar essas e outras tecnologias de produção inteligente, pioneiras em seu estacionamento inteligente de Changwon, a um total de 26 instalações de produção em 13 países.

Ao adquirir os direitos de 50 MHz de largura de banda, a John Deere, fabricante de equipamentos agrícolas, construiu sua própria rede 5G para suas fábricas no Centro-Oeste para ajudar a empresa a analisar dados de linhas de produção para melhorar a montagem. Ela planeja equipar essas fábricas com robôs que possam trabalhar lado a lado com os funcionários. A empresa também está criando modelos 3D ou gêmeos digitais de suas máquinas de produção para monitorar o desempenho, treinar técnicos e ajudá-los na manutenção de equipamentos. Esses modelos podem ser acessados a qualquer momento em tablets e smartphones.

Na fábrica da Ford em Dearborn, Michigan, onde fabrica a picape elétrica F-150 Lightning, os funcionários da linha de produção usam tablets conectados à rede 5G da fábrica para acessar dados sobre suprimentos de materiais e status de equipamentos. Veículos individuais colocados em AGVs passam de um grupo de funcionários para outro. Enquanto isso, na fábrica de veículos elétricos da montadora no Reino Unido, os sensores permitem que a Ford capture fotos do processo de soldagem (é necessário milhares de soldas para motores e baterias de veículos elétricos), e uma análise baseada em IA determina se uma solda específica atende aos padrões. Se não atender, a solda é refeita antes que a peça passe para o próximo estágio da produção. Essa funcionalidade economiza tempo e reduz o desperdício porque as peças que poderiam ser inutilizáveis são regularmente reparadas.

Seja inteligente. Transforme suas Operações de Manufatura com a Oracle

Os fabricantes usam as soluções de manufatura inteligente da Oracle para maximizar a produtividade e eficiência, melhorar a qualidade do produto, ajustar cronogramas de produção e evitar tempo de inatividade dispendioso ao prever falhas de máquinas e acompanhar mercadorias e processos nas cadeias de suprimentos.

Perguntas Frequentes sobre Fábrica Inteligente e Manufatura Inteligente

Qual é a diferença entre manufatura inteligente e uma fábrica inteligente?
A manufatura inteligente é o conceito amplo de usar tecnologias totalmente integradas para coordenar e melhorar os processos físicos e digitais nas fábricas e na cadeia de suprimentos. As fábricas inteligentes colocam essa ideia em prática.

Quais tecnologias fazem parte de uma fábrica inteligente?
As fábricas inteligentes contam a Internet das Coisas Industrial, que possibilita aos fabricantes coletar e analisar dados gerados por inúmeros ativos da cadeia de suprimentos, máquinas de fábrica e outras “coisas” para tomar melhores decisões. Fábricas inteligentes também fazem uso de IA, machine learning, robótica avançada, impressão 3D, gêmeos digitais e outras tecnologias.

Que tipo de dados devem ser acompanhados em uma fábrica inteligente?
As fábricas inteligentes acompanham dados de ativos que se movem por uma cadeia de suprimentos, máquinas de fábrica, processos de produção e muito mais.

Saiba como a Oracle ajuda os fabricantes a construir cadeias de suprimento resilientes.