Tecnologias Emergentes > Manufatura

Indústria 4.0: Autonomia, customização e produção flexível

A Indústria 4.0 procura essencialmente transformar a própria instalação num computador ou "fábrica inteligente"

07 de Julho de 2017 - 19h46

Para alcançar um menor custo de produção, a Adidas estabeleceu sua produção em larga escala de tênis esportivos na Ásia. Entretanto, essa estrutura impõe um intervalo de 18 meses entre o design e a entrega nas lojas, o que para os consumidores é uma espera cada vez mais desagradável.

Isso porque os clientes não apenas procuram por produtos únicos e customizáveis, mas querem acesso imediato aos últimos modelos. Visto que o modelo tradicional de confecção não atende essa demanda, a Adidas está criando uma “fabrica expressa” para produzir sob medida os tênis esportivos, localizada o mais perto possível dos pontos de venda.

Similarmente, a Okuma, uma fabricante japonesa de máquinas utilizadas como ferramentas, desenvolveu um processo de moagem completo, capaz de funcionar autonomamente 24 horas por dia, sete dias por semana. Essa linha integrada inclui a habilidade de automaticamente selecionar as ferramentas de corte de acordo com a conveniência, bem como fornecer a matéria prima e suprimentos sem nenhuma necessidade de intervenção humana. Nesse cenário, os trabalhadores no local somente supervisionam a planta fabril por meio de ferramentas de monitoramento instaladas em tablets, além de desempenhar tarefas de alto valor agregado. Em outras palavras, a fábrica é completamente automatizada.

Esses exemplos nos mostram um vislumbre da quarta revolução que ocorre nesse momento — responsável por transformar tanto os paradigmas atuais da economia global como os fatores que determinam valores econômicos. Na mesma linha das três revoluções anteriores, essa também é baseada na rápida adoção de novas e disruptivas tecnologias, que desafiam todas as nossas premissas e muda tudo o que conhecemos sobre fabricação. Isso também significa que trabalhadores, donos de indústrias e os governos precisam atentar-se a esse movimento e se preparar para o inevitável (ou deixar tudo para lá).

Vive lés revolucions

A primeira revolução industrial foi desencadeada pela invenção das máquinas a vapor, que mecanizaram mão de obra e habilitaram uma escala incrível de produção. Depois, a eletricidade permitiu a linha de montagem e, com isso, o nascimento da fabricação em massa.

O terceiro maior avanço industrial veio com os computadores, que abriram caminho para a automação robótica e máquinas capazes de integrar linhas de montagem — e assim melhorar ou, em alguns casos, substituir trabalhadores humanos.

Hoje, a produção industrial evolui do modelo e mindset guiados previamente pelas três revoluções anteriores, que focaram na centralização e produção em massa para alcançar uma economia essencialmente em maior escala, para uma norteada pela customização de massa e flexibilidade, com a produção de produtos tão próxima dos centros de venda quanto possível.

Em vez de criar e gerenciar inventários, o setor industrial busca hoje construir uma cadeia de suprimentos integrada que se ajusta dinamicamente, capaz de se adaptar aos requisitos logísticos em tempo real e atender as demandas dos fornecedores e clientes. Isso inclui a habilidade de prever e tomar ações corretivas na medida em que são necessárias.

O que torna esse movimento transformador e "revolucionário" é que os fabricantes visam atingir todas essas metas com mínima ou nenhuma intervenção humana de ponta a ponta no processo de produção.

Denominado Indústria 4.0, esse modelo depende extensivamente de automação e troca de dados entre as tecnologias envolvidas, como a integração entre sistemas físicos e virtuais, a Internet das Coisas (IoT), computação em nuvem e big data.

Descentralização e automação com fábricas inteligentes

A Indústria 4.0 procura essencialmente transformar a própria instalação num computador ou "fábrica inteligente". Dentro de cada unidade fabril, os processos de fabricação modular podem ser desenvolvidos por meio de sistemas “ciberfísicos”, que incorporam tecnologia de informática nas próprias máquinas, e não apenas nos sistemas para controle remoto e monitoramento.

Dessa forma, essas instalações inteligentes modulares poderão autonomamente permitir a descentralização e automação das decisões em relação à produção, bem como se comunicar e cooperar via IoT com operadores humanos e outras unidades inteligentes, no intuito de completar uma mudança de oferta vertical ou horizontal completa.

Isso é o que o setor de tecnologia da informação tem feito com centros de dados há anos: virtualizar servidores físicos, possibilitar tecnologias de automação e permitir que as máquinas se auto gerenciem de forma limitada. E continuamos a empurrar esses modelos para avançar com redes definidas por software (SDNs), nuvens híbridas e inteligência artificial (AI).

Porém, ao passo em que a virtualização dos centros de dados torna-se cada vez mais mainstream, a Indústria 4.0 ainda é nova e pouco conhecida, apesar de crescer em significado dentro da comunidade global. Esse movimento começou apenas alguns anos atrás, em 2013, quando o governo alemão cunhou o termo ao delinear um plano de informatização completo do setor industrial do país.

A chanceler alemã Angela Merkel apresentou o conceito no Fórum Econômico Mundial de Davos em 2015, referiu-se a essa transformação como "Industrie 4.0". Ela apontou entusiasticamente esse novo modelo como meio de "lidar rapidamente com a fusão dos mundos online e a produção industrial. E grande parte do mundo industrializado pareceu tomar nota.

Longe da retórica política, o governo alemão está investindo mais de 200 milhões de euros para incentivar pesquisas práticas e aplicáveis nas universidades, no mundo corporativo e nas esferas governamentais. E a Alemanha não é o único país apostando nessa ideia.

Quatro princípios de design da Indústria 4.0

Existem quatro princípios de design que suportam e definem a Indústria 4.0:

. Interoperabilidade: capacidade de máquinas, dispositivos, sensores e pessoas para se conectarem e se comunicarem via IoT ou Internet of People (IoP).

. Transparência da informação: a capacidade dos sistemas de informação para criar uma cópia virtual do mundo físico com base em dados de sensores, que por sua vez enriquecem modelos de plantas digitais. Isso requer o acúmulo de dados do sensor bruto para valorizar informações contextuais.

. Assistência técnica: primeiro, a capacidade em prover assistência aos seres humanos, agregando e fornecendo informações de forma compreensível para tomar decisões informadas e resolver problemas urgentes. Em segundo lugar, a habilidade dos sistemas cibernéticos para fisicamente dar suporte às pessoas, realizando uma série de tarefas consideradas desagradáveis, muito cansativas ou inseguras.

. Decisões descentralizadas: a capacidade dos sistemas cibernéticos de tomar decisões por conta própria e realizar suas tarefas da forma mais autônoma possível. Somente em caso de exceções, como interferências ou objetivos conflitantes, devem ser delegadas a um nível superior. (Fonte: Princípios de Design para Cenários da Industria 4.0)

Desafios técnicos da Indústria 4.0

As revoluções geralmente são desafiadoras e desordenadas — e essa não será diferente. Para além dos obstáculos culturais e políticos inerentes a quaisquer mudanças relacionadas à produtividade econômica, existem várias questões tecnológicas que devem ser superadas para permitir a adoção do modelo da Indústria 4.0. Essas incluem:

Os problemas de cibersegurança aumentam consideravelmente com a integração de novos sistemas e maior acesso aos mesmos. Além disso, o conhecimento de produção proprietária torna-se um problema de segurança de TI;

  • É necessário um alto grau de confiabilidade e estabilidade para uma comunicação ciberfísica bem-sucedida, algo difícil de alcançar e manter;
  • Garantir a integridade do processo de produção com menos supervisão humana pode se tornar uma barreira;
  • E evitar problemas técnicos que podem causar interrupções de produção caras é sempre uma preocupação.
  • Num mundo onde as organizações lutam para garantir disponibilidade e segurança da tecnologia de seus data centers, a ideia de construir aplicações ciberfísicas que envolvam não apenas software, mas também maquinaria industrial combinada a responsabilidade adicional de instalar uma fábrica no qual cada máquina, dispositivo e controle agora é um ponto final, parece ser o desafio maior e ainda a ser mencionado da indústria. Tudo isso precisará ser executado numa rede, o que significa que descobrir tudo e permitir essas mudanças revolucionárias provavelmente será o trabalho do departamento de TI.
  • O gerenciamento de desempenho de soluções, em particular, na Indústria 4.0, será exponencialmente mais complexo do que é hoje. Atualmente, quando um aplicativo de software tradicional cai, ou pior ainda, fica "lento", é difícil descobrir a causa o problema. A maioria das organizações conta com uma série de ferramentas para ajudar a monitorar e diagnosticar essas ocorrências, evitando assim aquelas conferências telefônicas no fim de noite em que a equipe de software culpa a rede, ao passo que a equipe da rede junta registros intermináveis ​​para provar que é o banco de dados causando o problema, e etc. Infelizmente, esses times de resposta ainda se deparam com um cenário de muitas ferramentas e visibilidade insuficiente para fazer o trabalho.
  • As plataformas de visibilidade
  • Esse problema de falta de visibilidade pode ser amplamente revertido pelas plataformas de visibilidade, que fornecem uma visão de ponta a ponta das interações dos usuários com não apenas um aplicativo, mas com a infraestrutura completa que o suporta. Isso permite que a TI aproveite as ferramentas de diagnóstico de forma mais eficaz para resolver problemas de desempenho.
  • Mas imagine um futuro não tão distante, em que os departamentos de TI serão solicitados para diagnosticar as causas que levaram à queda de uma linha de montagem ciberfísica, totalmente automatizada e autônoma, ou pior ainda, quando a mesma diminui o ritmo de produção. Nesse cenário, toda a linha de montagem e os seus componentes físicos se configuram como um novo "aplicativo", introduzindo uma complexidade numa escala que tornará as aplicações de software tradicionais algo simples.
  • Embora o problema de monitorar e gerenciar o desempenho das aplicações ciberfísicas da Industria 4.0 pareça enorme, a solução é muito parecida com a visibilidade tradicional da rede. Tocando pontos de interesse em todos os aplicativos da linha de montagem e rede da fábrica inteligente, apenas as plataformas de visibilidade podem continuar a entregar o que interessa aos operadores, auxiliando inteligentemente e aumentando a capacidade de ferramentas de monitoramento e diagnóstico para escalar a tsunami de dados resultantes das operações fabris.
  • Além dos problemas de desempenho de aplicativos, garantir a "inteligência" da fábrica também será um desafio muito maior. Não somente pela complexidade adicional resultante da adição de máquinas, sensores e inúmeros outros dispositivos de ponto final do IoT à rede, mas pela própria natureza da Industria 4.0 é baseada em interligar e integrar intimamente não apenas redes corporativas confiáveis, agregando inclusive toda rede de suprimentos. Então, como a TI protegerá essa "rede" quando o conceito de perímetro é completamente eliminado e a rede potencialmente abrange o mundo inteiro?
  • É nesse ponto que a abordagem tradicional de visibilidade da rede para a segurança começa a perder sua efetividade. Uma nova forma baseada em uma plataforma de entrega de segurança será necessária para monitorar e fornecer constantemente feeds de dados de forma inteligente para ferramentas de segurança em tempo real, visando acompanhar o volume e a velocidade das informações geradas pelas fábricas nesse novo modelo industrial.
  • Preparando-se para o inevitável: a visibilidade primeiro
  • No fim, é do cruzamento gerenciamento de desempenho e a segurança que se estabelece a confiabilidade do processo. E fornecedores, operários de fábrica, profissionais de logística e consumidores devem ter essa confiança nos sistemas subjacentes que permitem as iniciativas da Indústria 4.0. Sem isso, e uma adesão rigorosa aos acordos de nível de serviço combinada a garantias de confidencialidade e integridade de sistemas e dados, o modelo da Indústria 4.0 desmorona completamente. Portanto, o desafio para a TI será acompanhar os desenvolvimentos e garantir que a instrumentação e a visibilidade na camada da rede não sejam deixadas para depois, mas integradas nas primeiras etapas do design inteligente da fábrica.
  • E tudo está acontecendo muito rápido. Por quê? Como os primeiros adeptos dos conceitos da Indústria 4.0 já estimam benefícios significativos de investimentos com algumas previsões iniciais, indicando ganhos de receita de mais de 30% e redução de custos de mais de 30%. Esses incentivos financeiros, juntamente com o imperativo de se manterem competitivos no mercado global, direcionarão as decisões estratégicas de negócios para abraçar o setor 4.0 e, como funcionários, fabricantes e governos, nós precisamos tomar nota desta revolução que está se formando e começando a se preparar.
  • *Kevin Magee é estrategista de Segurança Global da Gigamon.