Como as tecnologias da Indústria 4.0 estão mudando a manufatura

A Indústria 4.0 está revolucionando a forma como as empresas fabricam, melhoram e distribuem seus produtos. Os fabricantes estão integrando tecnologias facilitadoras, incluindo a Internet das Coisas (IoT), a computação em cloud e análise, bem como a IA e o machine learning em suas instalações de produção e em todas as suas operações. Essas fábricas inteligentes são equipadas com sensores avançados, softwares integrados e robótica que coletam e analisam dados e permitem uma melhor tomada de decisão. Um valor ainda maior é criado quando dados de operações de produção são combinados com dados operacionais do ERP, da cadeia de suprimentos, do atendimento ao cliente e de outros sistemas corporativos para criar níveis totalmente novos de visibilidade e de insight a partir de informações previamente isoladas. Esta tecnologia leva a uma maior automação, manutenção preditiva, auto-otimização de melhorias de processo e, principalmente, um novo nível de eficiências e de responsividade aos clientes que antes não era possível.

O desenvolvimento de fábricas inteligentes fornece uma oportunidade incrível para os fabricantes começarem a quarta revolução industrial. Analisar as grandes quantidades de dados coletados de sensores no chão da fábrica garante visibilidade em tempo real dos ativos de manufatura e pode fornecer ferramentas para a realização de manutenção preditiva a fim de minimizar o tempo de inatividade dos equipamentos. 

Usar dispositivos IoT em fábricas inteligentes resulta em maior produtividade e qualidade. Substituir a inspeção manual por insights visuais desenvolvidos com IA reduz erros de manufatura e economiza dinheiro e tempo. Com pouco investimento, a equipe de controle de qualidade pode configurar um smartphone conectado à cloud para monitorar processos de manufatura de praticamente qualquer lugar. Ao aplicar algoritmos de machine learning, os fabricantes podem detectar erros inicialmente, em vez de em estágios posteriores, quando o trabalho de reparo é mais caro.

Os conceitos e as tecnologias da Indústria 4.0 podem ser aplicados em todos os tipos de indústrias, incluindo a manufatura discreta e por processos, bem como a de petróleo e gás, de mineração e outros segmentos industriais. 
 

Do vapor ao sensor: contexto histórico da Indústria 4.0

Primeira revolução industrial

A partir do final do século XVIII na Grã-Bretanha, a primeira revolução industrial possibilitou a produção em massa usando a água e a força do vapor em vez da força puramente humana e animal. Os produtos finais eram montados com máquinas em vez de meticulosamente produzidos à mão.

Segunda revolução industrial

Um século depois, a segunda revolução industrial introduziu linhas de montagem e o uso de petróleo, gás e energia elétrica. Essas novas fontes de energia, juntamente com comunicações mais avançadas via telefone e telégrafo, trouxeram a produção em massa e certo nível de automatização aos processos de manufatura.

Terceira revolução industrial

A terceira revolução industrial, que começou na metade do século XX e incluiu computadores, telecomunicações avançadas e análise de dados aos processos de manufatura. A digitalização das fábricas começou pela integração de controladores lógicos programáveis (PLCs) em maquinário para ajudar a automatizar alguns processos e a coletar e compartilhar dados.

Quarta revolução industrial

Estamos agora na quarta revolução industrial, também referida como Indústria 4.0, que se caracteriza por aumentar a automação e o emprego de fábricas inteligentes informadas por dados para produzir bens de forma mais eficiente e produtiva. A flexibilidade é melhorada para que os fabricantes possam atender melhor as demandas dos clientes usando a personalização em massa, por fim buscando alcançar eficiência com, em muitos casos, um único lote pequeno. Ao coletar mais dados do chão de fábrica e ao combiná-los com outros dados operacionais da empresa, uma fábrica inteligente possibilita que melhores decisões sejam tomadas.

Quais tecnologias estão impulsionando a Indústria 4.0?

ícone representando uma máquina

Internet das Coisas (IoT)

A Internet das Coisas (IoT) é um componente fundamental das fábricas inteligentes. As máquinas no chão de fábrica são equipadas com sensores que incluem um endereço IP que permite que as máquinas se conectem com outros dispositivos ativados para a web. Esta conectividade possibilita que grandes quantidades de dados valiosos sejam coletadas, analisadas e trocadas.

ícone representando um upload

Computação em cloud

A computação em cloud é a base de qualquer estratégia da Indústria 4.0. A implementação completa da manufatura inteligente demanda conectividade e integração de engenharia, cadeia de suprimentos, produção, vendas e distribuição, e serviço. A cloud ajuda a tornar isso possível. Além disso, a quantidade tipicamente grande de dados sendo armazenados e analisados pode ser processada de forma mais eficiente e com excelente custo-benefício com a cloud. A computação em cloud também pode reduzir os custos de startup para fabricantes de pequeno e médio porte que podem dimensionar corretamente suas necessidades e escalar à medida que seus negócios crescem.

ícone representando a inteligência artificial

IA e machine learning

A IA e o machine learning permitem que as empresas de manufatura aproveitem plenamente o volume de informações geradas não apenas no chão da fábrica, mas em suas unidades de negócios e até mesmo de parceiros e fontes de terceiros. A IA e o machine learning podem gerar insights ao fornecer visibilidade, previsibilidade e automação de operações e processos de negócios. Por exemplo: Máquinas industriais são propensas a quebrar durante o processo de produção. O uso de dados coletados a partir desses ativos pode ajudar as empresas a realizar a manutenção preditiva baseada em algoritmos de machine learning, resultando em mais tempo de atividade e maior eficiência.

ícone representando a análise de dados

Computação de borda

A demanda de operações de produção em tempo real significam que alguma análise de dados deve ser feita na "borda", ou seja, onde os dados são criados. Isso minimiza o tempo de latência a partir de quando os dados são produzidos até quando uma resposta é necessária. Por exemplo, a detecção de um problema de segurança ou de qualidade pode exigir uma ação quase em tempo real com o equipamento. O tempo necessário para enviar os dados à cloud da empresa e depois de volta ao chão da fábrica pode ser longo demais e depende da confiabilidade da rede. Usar a computação de borda também significa que os dados ficam próximos de sua origem, reduzindo os riscos de segurança.

ícone representando a segurança de dados

Segurança cibernética

As empresas de manufatura nem sempre consideraram a importância da segurança cibernética. No entanto, a mesma conectividade de equipamentos operacionais na fábrica ou no campo (TO) que possibilita processos de manufatura mais eficientes também expõe novos caminhos de entrada para ataques maliciosos e malwares. Ao passar por uma transformação digital para a Indústria 4.0, é essencial considerar uma abordagem de segurança cibernética que englobe os equipamentos de TI e de TO.

ícone representando um gêmeo digital

Gêmeo digital

A transformação digital oferecida pela Indústria 4.0 permitiu que fabricantes criem gêmeos digitais que são réplicas virtuais de processos, linhas de produção, fábricas e cadeias de suprimentos. Um gêmeo digital é criado ao extrair dados de sensores IoT, dispositivos, PLCs e outros objetos conectados à internet. Fabricantes podem usar gêmeos digitais para ajudar a aumentar a produtividade, melhorar fluxos de trabalho e projetar novos produtos. Ao simular um processo de produção, por exemplo, fabricantes podem testar mudanças no processo para encontrar formas de minimizar o tempo de inatividade ou melhorar a capacidade.

Características de uma fábrica inteligente

Homem trabalhando em computador

Análise de dados para a tomada de decisão ideal

Sensores integrados e maquinário interconectado produzem uma quantidade significativa de dados para as empresas de manufatura. A análise de dados pode ajudar fabricantes a investigar tendências históricas, identificar padrões e tomar melhores decisões. As fábricas inteligentes também podem usar dados de outras partes da organização e de seu ecossistema estendido de fornecedores e distribuidores para criar insights mais profundos. Ao analisar os dados de recursos humanos, de vendas ou de warehousing, os fabricantes podem tomar decisões de produção com base nas margens de vendas e na equipe. Uma representação digital completa das operações pode ser criada como um "gêmeo digital".

Operário ajustando uma máquina

Integração TI-TO

A arquitetura de rede da fábrica inteligente depende da interconectividade. Os dados em tempo real coletados de sensores, de dispositivos e de máquinas no chão de fábrica podem ser consumidos e utilizados imediatamente por outros ativos da fábrica, bem como compartilhados entre outros componentes na pilha de software da empresa, incluindo o planejamento de recursos empresariais (ERP) e outros softwares de gerenciamento de negócios.

Homem trabalhando em automação de fábrica

Manufatura personalizada

As fábricas inteligentes podem produzir bens personalizados que atendem às necessidades individuais dos clientes com maior eficiência de custo. Ao utilizar aplicativos de software de simulação avançada, novos materiais e tecnologias, como a impressão 3D, os fabricantes podem facilmente criar pequenos lotes de itens especializados para clientes específicos. Considerando que a primeira revolução industrial foi sobre a produção em massa, a Indústria 4.0 é sobre a personalização em massa.

Grande instalação de armazenamento

Cadeia de suprimentos

As operações industriais são dependentes de uma cadeia de suprimentos transparente e eficiente, que deve ser integrada às operações de produção como parte de uma estratégia robusta da Indústria 4.0. Isso transforma como os fabricantes captam suas matérias-primas e entregam seus produtos acabados. Ao compartilhar alguns dados de produção com fornecedores, os fabricantes podem agendar melhor as entregas. Se, por exemplo, uma linha de montagem estiver passando por uma disrupção, as entregas podem ser redirecionadas ou adiadas a fim de reduzir o tempo ou o custo desperdiçado. Adicionalmente, ao estudar o clima, o parceiro de transporte e os dados do varejista, as empresas podem usar o envio preditivo para enviar produtos acabados no momento certo para atender à demanda do consumidor. O Blockchain está emergindo como uma tecnologia importante para permitir transparência nas cadeias de suprimentos.

A Indústria 4.0 e a arquitetura de TI de multicloud híbrida

A construção de uma infraestrutura de TI de multicloud híbrida é um componente importante na transformação digital para fabricantes que buscam tirar proveito da Indústria 4.0. A multicloud híbrida é quando uma empresa tem duas ou mais clouds públicas e privadas para gerenciar suas cargas de trabalho de computação. Isso dá a elas a capacidade de otimizar suas cargas de trabalho em todas as suas clouds, uma vez que alguns ambientes são mais adequados ou mais rentáveis para determinadas cargas de trabalho. Os fabricantes que buscam a transformação digital e um ambiente seguro e aberto podem mover suas cargas de trabalho existentes de sua localização on-premises ao melhor ambiente de cloud possível. 

A Indústria 4.0 e a IBM

Insights visuais de IA levam a uma maior produtividade

Aumentar as inspeções manuais com inspeções automatizadas desenvolvidas com IA reduz os defeitos do produto, melhorando a eficiência e minimizando os falsos positivos. Geralmente, o modelo deep learning pode ser rapidamente treinado com imagens e vídeos existentes. Após ser conectado a uma câmera de smartphone, o modelo de inspeção automatizada está pronto para ser adicionado à linha de produção.

Manufatura desenvolvida com IA

A transformação digital para a Indústria 4.0 começa com a coleta de dados e, em seguida, inclui a inteligência artificial para dar sentido a esses dados. As fábricas inteligentes empregam dispositivos IoT que conectam máquinas e computadores para obter uma imagem clara da instalação de manufatura com dados em tempo real. Em seguida, a IA e o machine learning são usados para extrair insights acionáveis a partir das grandes quantidades de dados.

Gerenciamento e manutenção inteligente de ativos

O gerenciamento de ativos da empresa (EAM) é essencial para manter as operações em funcionamento. Os fabricantes implementando tecnologias da Indústria 4.0 podem facilmente ter muitos milhares de dispositivos conectados à IoT em suas fábricas inteligentes. Para atender às demandas da Indústria 4.0, cada um deve ter o máximo tempo de atividade para garantir a eficiência. O gerenciamento de ativos da empresa promove a resiliência e a agilidade operacional ao permitir o monitoramento remoto de equipamentos, oferecendo funcionalidade para estender os ciclos de vida de ativos e fornecer análise de dados para a manutenção preditiva.

Convergência da TI e da TO é um pilar da Indústria 4.0

A Indústria 4.0 está promovendo a convergência dos sistemas de tecnologia da informação (TI) e de tecnologia operacional (TO), criando interconectividade entre equipamentos de manufatura autônomos e sistemas computacionais mais amplos. Os dados da TO de sensores, PLCs e sistemas SCADA estão sendo integrados com dados da TI de sistemas MES e ERP. Ampliada pelo machine learning, essa integração impacta toda a empresa, da engenharia às operações, vendas e qualidade.

Recursos

O lado da manufatura da transformação digital: smart factories

Cumpra a promessa da Indústria 4.0: transforme suas tecnologias de produção legadas ao conectar dispositivos IoT, coletando e analisando dados em tempo real e otimizando o seu processo de manufatura.

Protegendo a Internet das Coisas

Trinta e seis por cento dos executivos acreditam que proteger suas plataformas IoT é o principal desafio para suas organizações.

Por que uma empresa acredita que esse ambiente de trabalho é essencial para uma fábrica inteligente?

Meggitt, fabricante de componentes aeroespaciais com sede no Reino Unido, adotou o potencial da Indústria 4.0 para garantir entrega sem falhas e zero defeitos.

Como a manufatura inteligente pode otimizar suas fábricas para a nova era?

Combine dados coletados por meio da Internet Industrial das Coisas (IIoT) para desenvolver recursos de manutenção preditiva e conduzir a colaboração entre a equipe chave da manufatura.

Insights visuais de IA promovem ganhos de eficiência de manufatura

Melhore significativamente as eficiências do processo e a qualidade do produto ao empregar inspeções visuais desenvolvidas com IA de ambientes operacionais.

Postagens sobre a Indústria 4.0

Leia as postagens que abordam diversos tópicos sobre a Indústria 4.0, incluindo manufatura desenvolvida com IA, inspeção visual inteligente e a Internet Industrial das Coisas.

Soluções

Serviços de consultoria da IoT

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O que é gerenciamento de ativos de empresas (EAM)?

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IBM Maximo Visual Inspection - aprimore a inspeção visual com IA

Implemente tecnologias de visão computacional de IoT e de IA dentro do seu ambiente operacional para monitorar seus ativos e detectar problemas de produção mais rapidamente.

Modernize os aplicativos da empresa com aplicativos SAP

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Melhore o gerenciamento e a logística da cadeia de suprimentos de manufatura

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Internet das Coisas (IoT) na IBM Cloud

Ao implementar dispositivos IoT na IBM Cloud, é possível coletar e processar dados facilmente e, em seguida, ganhar valiosos insights direcionados por IA para melhorar o seu negócio.