Como a IIoT está transformando o design e a fabricação de produtos

Introduzido pela primeira vez por cientistas alemães em 2011, o conceito de indústria 4.0, ou a Quarta Revolução Industrial, foi elaborada como uma estratégia para o governo.

A prioridade era a produção em massa flexível que incluía customização ágil de produtos, coordenação de humanos, máquinas, dispositivos e sensores, transparência de informações e capacidade de tomar decisões em pontos descentralizados de manufatura.

Facilitar a Indústria 4.0 exigiu novos processos de fabricação, tecnologias, treinamento e sistemas. A Internet das Coisas (IloT) industrial desempenha um papel fundamental na conexão das peças e na ativação de processos descentralizados e tomadas de decisão.

Agora, 10 anos depois, as empresas deram passos largos na automação da manufatura, inteligência e inovação que são evidentes em todos os lugares, do início ao fim dos fluxos de trabalho da manufatura.

Vamos dar uma olhada.

Engenharia e Design de Produto para IIoT - e Digital Twin

Conceber um novo produto e, em seguida, construir o produto e testar como ele funciona são duas coisas diferentes.

Com muita frequência, os departamentos de engenharia lançam o projeto de um produto e, em seguida, uma equipe separada de engenheiros analisa o projeto e exige alterações no produto, com base em como o produto funciona na realidade. Embora esse design iterativo possa beneficiar a qualidade do produto, as revisões custam tempo e dinheiro.

Agora, com os gêmeos digitais virtuais IIoT, os designers de produto podem executar representações virtuais hipotéticas para ver como os produtos funcionam em vários cenários. O gêmeo digital, que é um programa de computador, injeta dados do mundo real sobre um objeto ou sistema físico e, em seguida, emite previsões ou simulações de como esse objeto ou sistema funcionará.

Simulações digitais de gêmeos melhoram e revisam produtos. Como os gêmeos digitais são simulações de produtos, usá-los pode eliminar o tempo perdido no chão de fábrica quando as falhas são descobertas e são mais caros para consertar.

“Os dados em tempo real do gêmeo digital permitem que o designer" veja "em tempo real como os recursos [do produto] estão sendo usados ​​ou ignorados e os padrões de uso indevido que podem ser devido à documentação deficiente", disse W. David Stephenson, diretor da Stephenson Strategies, uma consultoria de IoT. “Freqüentemente, o produto pode ser atualizado digitalmente, por meio de atualizações de software, reduzindo problemas de manutenção e aumentando a satisfação e fidelização do cliente.

A Tesla, por exemplo, faz isso com atualizações de software over-the-air. ”

Automação, visibilidade em tempo real na fábrica

Uma premissa central da Indústria 4.0 é a manufatura descentralizada.

Do ponto de vista de TI, isso significa que mais computação está sendo executada remotamente nas bordas da empresa e fora dos data centers centrais. São as tecnologias IIoT como sensores, robótica, automação e streaming de vídeo que facilitam a fabricação de bordas.

No chão de fábrica, o foco é a automação dos processos de manufatura e a visibilidade desse processo para eficiência e economia de custos. Especialmente em ambientes de fabricação repetitiva, onde um único item, como uma caixa de cereal matinal ou um rolo de toalha de papel é fabricado repetidamente, a robótica IIoT automatizou as linhas de montagem executando fielmente as mesmas operações repetidas vezes, sem desvios que possam introduzir erros.

Essa automação acelera os processos e pode reduzir os custos de fabricação, mas a ressalva é que os humanos devem ser capazes de intervir quando necessário.

É aqui que entra a visibilidade em tempo real.

Sensores embutidos em robótica e outros alertas de problemas de equipamentos de manufatura automatizados quando um determinado processo ou peça de equipamento está sinalizando a possibilidade de falha. Como os alertas estão prevendo um problema antes que ele ocorra, a manutenção preventiva que evita a falha pode ser executada.

A visibilidade do IIoT habilitada por sensores e fluxos de vídeo desempenha um papel crítico, já que o custo médio do tempo de inatividade para manufatura repetitiva foi estimado em US $ 6.000 por hora.

As plantas de produção também são equipadas com câmeras que transmitem vídeo de pontos em cada planta. Um supervisor de fabricação, se estiver longe do chão, pode observar um processo de fabricação que pode estar com problemas em seu smartphone e responder imediatamente. Equipamentos, produtos e outros ativos corporativos no chão de fábrica e em gaiolas de equipamentos seguras também podem ser monitorados continuamente com streaming de vídeo por câmera para fins de segurança.

“Não é apenas o suficiente para fazer a análise offline, porque o objetivo é determinar um problema downstream com bastante antecedência, o que requer monitoramento em tempo real de informações de eventos para componentes críticos”, disse Evan Guarnaccia, arquiteto de soluções SAS da SAS, “ Pode ser um pequeno motor elétrico que, quando tem um problema, irá provocar uma falha maior na linha, ou pode ser um componente muito caro. ”

IIoT proativo com streaming de vídeo

O início da IIoT foi construído em torno de sensores, robótica e automação. Essas tecnologias IIoT continuarão a desempenhar papéis cruciais à medida que mais manufatura for realizada em fábricas descentralizadas.

No futuro, podemos esperar ver mais streaming de vídeo que permite que supervisores e gerentes observem as práticas em fábricas onde fisicamente não podem estar presentes e respondam proativamente ao que veem.

Historicamente, os engenheiros de manufatura enfrentaram desafios quando tentaram se comunicar uns com os outros sobre o projeto de um produto. Hoje, um engenheiro de manufatura pode transmitir um vídeo para um engenheiro de design que pode estar a meio mundo de distância. De forma prática, uma engenharia de manufatura pode realmente demonstrar em tempo real uma complicação do produto para o engenheiro de projeto.

Isso facilita revisões de produto mais oportunas e eficazes - e aumenta o poder do gêmeo digital, o que dá aos engenheiros, tanto do lado do projeto quanto da fabricação da disciplina, um tour virtual do produto antes de um único chip, parafuso, motor ou usuário interface está instalada.