Industria 4.0 – Desafios Parte 1

On 17 de setembro de 2015 by Theo Lins

Introdução a Indústria 4.0

Industria 4.0: O próximo passo na evolução industrial está relacionado com os dispositivos inteligentes e a interação dos produtos com as máquinas.

Também chamada de nova revolução industrial, a industria 4.0 ou fábrica inteligente tem o objetivo de transformar o produto que é normalmente um objeto passivo em um objeto ativo, que deverá tomar as decisões automaticamente sobre sua fabricação.

Em um futuro próximo, tanto os produtos quanto as máquinas devem ser capazes de comunicar entre si e se monitorar, eles ficarão com a responsabilidade de detectar falhas, mudar fluxos, realizar cálculos, e assim tornando toda logística da produção mais flexível.

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Industria 4.0

 

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Com esse novo conceito, linhas de montagem e produtos devem se comunicar e trabalhar em conjunto ao longo de todo o processo de fabricação, independente do local. As informações devem ser trocadas de forma instantânea, e a coleta de dados será importante para uma análise avançada podendo assim tomar melhores decisões baseadas nessas informações[1].

Para um melhor entendimento na figura 1  podemos ver os três componentes da Industria 4.0 responsáveis por essa nova interação na fábrica:

a camada de aplicação, a camada de rede e a camada dos dispositivos físicos.

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Figura 1 – Camadas da Industria 4.0[2]


A camada de aplicação/inteligência consiste em várias aplicações de automação industrial, aplicações como a comunicação com a cadeia de fornecedores. A segunda camada cuida da comunicação de toda rede, que consiste no armazenamento e processamento de dados com a nuvem.
A terceira camada coleta e calcula dados utilizando a tecnologia de sensores, atuadores, localização e identificação. Monitoramento e controle requerem dois modo de comunicações, com uma comunicação ascendente dos sensores para o aplicativo e downlink do aplicativo para os atuadores.[2]

 

Características das fábricas inteligentes – Industria 4.0

 

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Abaixo segue as principais características das fábricas inteligentes na indústria 4.0, destacando como estas características podem melhorar a sustentabilidade das fábricas inteligentes.[3]

Customização em massa:

Processos de produção têm de cumprir vários requisitos de ordens de produção. Ele permite alterações de último minuto. É possível ter volumes de produção de baixo (por exemplo, tamanho do lote de 1), enquanto ainda fazer um lucro. Assim, Customização em Massa (MC) é o conceito que pode ser usado para gerenciar a desproporção entre as economias de escala e escopo, que tem sido amplamente discutida na literatura e agora foco da pesquisa está mudando a forma como um modelo de negócio MC executa em termos de sustentabilidade ambiental.

Flexibilidade:

Processos de produção inteligentes e configuração automática tem que considerar diferentes aspectos, como o tempo, qualidade, preço e aspectos ecológicos (por exemplo, evitar o horário de pico, etc.).

Visibilidade de fábrica e tomada de decisão otimizada:

Tomar as decisões certas no momento é a chave para ter sucesso no mercado. IoT fornece transparência fim-a-fim quase em tempo real (por exemplo, o status da produção), permitindo a otimização em sites da fábrica na área de produção, e, em seguida, melhorar a eficiência da fábrica. Por exemplo, reduzindo por resíduos fornece ao tomador de decisão o status de produção em tempo real, onde o uso de tecnologia móvel leva a diminuir o tempo entre a ocorrência dos problemas e tomar as decisões eficientes. Nesses casos, a máquina pode ser desligada antes que ele continue a produzir produtos defeituosos. Além disso, a transparência inclui a consciência do comportamento do consumo de energia dos processos de produção. Aqui, os dados de energia pode ser considerado nas decisões de gestão da produção, de forma a reduzir o desperdício de energia e os custos de consumo.

Novos métodos de planejamento para Industria 4.0:

“O uso de procedimentos de planeamento abstratas baseadas em modelos digitais com a paralelização mais forte considerando o planejamento de sistemas mecânicos e eletrônicos”. Além disso, para a produtividade dos recursos e melhorar a propósito da eficiência energética; é necessário que as fábricas inteligentes permitam que processos de fabricação possa ser otimizado em diferentes níveis e em tempo real baseado em cada caso.

Cadeia de abastecimento conectadas:

Internet das coisas vai ajudar os fabricantes a obter uma melhor compreensão das informações da cadeia de abastecimento que podem ser entregues em tempo real. Ao ligar as máquinas com os equipamentos dos fornecedores, assim todas as partes possam entender as interdependências, o fluxo de materiais e tempos de ciclo de produção.

Gerenciamento de energia:

Melhoria da eficiência energética requer consciência do comportamento do consumo de energia na linha de produção e nível de máquina. Os contadores inteligentes podem fornecer dados em tempo real e tomar decisões com base em suas capacidades e em colaboração com os serviços externos. Na verdade, existem várias práticas sustentáveis que podem ser adotadas com base na tecnologia da Internet das coisas para melhorar a eficiência energética ao nível da produção (por exemplo, evitar horário de pico, integrar dados de energia no cronograma de produção, etc.).

Criação de resultados a partir de dados coletados:

Novas melhorias e resultados podem ser fornecidas por meio da análise de grandes quantidades de dados coletados por meio de dispositivos da Internet das coisas (ou seja, BigData). Por exemplo, no lado fornecedor das máquinas, big data pode ser usado para entender o comportamento de máquinas através de diferentes períodos. Assim sendo, os provedores podem fornecer melhores serviços de manutenção, e melhorar a eficiência de máquinas, e construir forte relacionamento com seus clientes.

A criação de novos serviços:

Internet das coisas (por exemplo, dispositivos inteligentes e aplicações móveis) vai abrir novas formas de criação de serviços e dados para os clientes antes e depois da compra.

Monitoramento remoto:

IoT tecnologia irá permitir o envolvimento de terceiros (por exemplo, fornecedores) no monitoramento, operação e manutenção da fábricas com novos serviços.

Automação e alteração de função do homem:

A produção pode ser otimizada com uma intervenção mínima do ser humano. Isso poderia melhorar a eficiência e reduzir os erros e resíduos em energia e outros recursos.

Manutenção proativa:

Monitoramento do sistema de produção e coleta de dados de desempenho em tempo real tem impacto positivo sobre a melhorar a manutenção pró-ativa. Por exemplo, utilizando sensores para monitorar a temperatura, podem ser tomadas medidas preventivas quando ele ficar fora do alcance e evitar a quebra. Bem como, ações preventivas podem ser tomadas também, quando o consumo de energia saltou acima do nível normal por um período de tempo. Isto irá economizar energia, reduzir o desperdício de produtos com defeitos, e evitar a degradação da máquina.

CPS (Sistemas Físicos Cibernéticos) e Industria 4.0

Os sistemas físicos cibernéticos (CPS) são sistemas que permitem a ligação das operações da realidade física com infra-estruturas de computação e comunicação automatizada. Ao contrário de sistemas embarcados tradicionais, que são concebidos como dispositivos autônomos.  O CPS está na interconexão da rede de vários dispositivos. O CPS acompanha a tendência de ter informações e serviços em todas as partes.

Sistemas embarcados, tais como smartphones, carros e aparelhos domésticos são a parte inseparável da vida moderna. No entanto, é possível controlar apenas alguns deles remotamente.

É muito desejável se pudéssemos ligar o sistema de aquecimento no caminho de volta para casa, para que a casa já fique quente no momento da chegada. Máquinas de café possam começar o café da manhã, enquanto você ainda está cama, a fim de encurtar o tempo de espera. Este acesso remoto a dados de processo pode também ser utilizados para a manutenção destes sistemas. A informação dos diagnósticos remotos ajuda o pessoal de serviço trazer a ferramenta certa e peças sobressalentes. O sistema pode pedir peças de reposição, por si só, com a ajuda de uma infra-estrutura de comunicação correspondente.

CPS (Sistemas Físicos Cibernéticos)

Há muitos campos de aplicações para CPS.  Tais como:

  • equipamentos médicos,
  • segurança de condução e sistemas de assistência ao condutor de automóvel,
  • controle de processos industriais e sistemas de automação,
  • sistemas de assistência para controlar o fornecimento de energia em termos de otimização do uso de energias renováveis.

Conforme mostrado na figura 2.  Um CPS é constituído por uma unidade de controle. Tal geralmente feita de  um ou mais microcontrolador(es). Tudo se integra em sensores e atuadores que são necessários para interagir com o mundo real.

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Figura 2 – Sistema de Automação Industrial[4]

Estes sistemas embarcados também requerem uma interface de comunicação. Isso para a troca de dados com outros sistemas embarcados ou uma nuvem.  A troca de dados, é a característica mais importante de um CPS.  Isto pois os dados podem ser ligados e avaliados de modo centralizado, por exemplo. Com isso um CPS é um sistema integrado que é capaz de enviar e receber dados através de uma rede. O CPS conectado à Internet é muitas vezes referida como a “Internet das coisas”.[4]

 

No próximo post iremos abordar o uso de IoT dentro da Industria 4.0

Referências

[1] Hung-An Kao Jay Lee, Behrad Bagheri. A cyber-physical systems architecture for industry 4.0-based manufacturing systems. ScienceDirect, 2015.
[2] Anitha Varghese and Deepaknath Tandur. Wireless requirements and challenges in industry 4.0. In Contemporary Computing and Informatics (IC3I), 2014 International Conference on, pages 634–638. IEEE, 2014.
[3] F Shrouf, J Ordieres, and G Miragliotta. Smart factories in industry 4.0: A review of the concept and of energy management approached in production based on the internet of things paradigm. In Industrial Engineering and Engineering Management (IEEM), 2014 IEEE International Conference on, pages 697–701. IEEE, 2014.
[4] Nasser Jazdi. Cyber physical systems in the context of industry 4.0. In Automation, Quality and Testing, Robotics, 2014 IEEE International Conference on, pages 1–4. IEEE, 2014.
[5] Hai Huang, Jiping Zhu, and Lei Zhang. An sdn based management framework for iot devices. 2014.
[6] Shanhu Yang Jay Lee, Hung-An Kao. Service innovation and smart analytics for industry 4.0 and big data environment. ScienceDirect, 2014.
[7] Jaewoo Kim, Jaiyong Lee, Jaeho Kim, and Jaeseok Yun. M2m service platforms: survey, issues, and enabling technologies. Communications Surveys & Tutorials, IEEE, 16(1):61–76, 2014.
[8] Michael Keller Marius Rosenberg Malte Brettel, Niklas Friederichsen. How virtualization, decentralization and network building change the manufacturing landscape: An industry 4.0 perspective. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 2014.

 

 

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2 Responses to “Industria 4.0 – Desafios Parte 1”

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