Sistemas Ciber-Físicos:O Núcleo da Indústria 4.0

A ideia principal por trás da implementação das soluções da Indústria 4.0 é capacitar as empresas de manufatura a melhorar a colaboração entre vários departamentos , disponibilizando as informações certas para as pessoas certas em tempo real. O objetivo é facilitar a tomada de decisão adequada no momento certo, aumentando assim a eficiência e a produtividade.

Sistemas Ciber-Físicos

O elemento chave na implementação dos conceitos da Indústria 4.0 é a ideia de sistemas ciberfísicos (CPS) . O termo "sistemas ciberfísicos" foi cunhado por Helen Gill na National Science Foundation nos Estados Unidos.

De acordo com a Publicação Especial NIST 1500-201 Framework for Cyber-Physical Systems:Volume 1, Overview, sistemas ciberfísicos são sistemas inteligentes que incluem redes de interação projetadas de componentes físicos e computacionais . A publicação destaca que esses sistemas altamente interconectados e integrados fornecem novas funcionalidades para melhorar a qualidade de vida e possibilitar avanços tecnológicos em áreas críticas, como assistência médica personalizada, resposta a emergências, gerenciamento de fluxo de tráfego, fabricação inteligente, defesa e segurança interna e fornecimento de energia E use. Assim, os CPS possuem grande potencial para viabilizar aplicações inovadoras e impactar diversos setores econômicos na economia mundial.

Acatech (National Academy of Science and Engineering, Alemanha), em seu relatório Cyber-Physical Systems, descreve o CPS da seguinte forma:sistemas ciberfísicos são sistemas com software incorporado (como parte de dispositivos, edifícios, meios de transporte, rotas de transporte, sistemas de produção, processos médicos, processos logísticos, processos de coordenação e processos de gestão). Sistemas ciberfísicos:

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  Gravar dados físicos diretamente usando sensores e afetando processos físicos usando atuadores
  
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  Avalie e salve dados registrados e interagir de forma ativa ou reativa tanto com o físico quanto o digital mundo
  
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  Estão conectados entre si e em redes globais através de meios de comunicação digital
  
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  Use disponível globalmente dados e serviços
  
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  Tenha uma série de interfaces homem-máquina multimodais dedicadas
  

O resultado é uma riqueza de soluções e aplicações de longo alcance para todas as áreas de nossa vida cotidiana.

Fabricação e Sistemas Ciber-Físicos

Do ponto de vista da indústria de manufatura, um sistema ciberfísico é uma entidade física habilitada para internet , como uma bomba ou compressor, incorporado com computadores e componentes de controle que consistem em sensores e atuadores. Tal entidade, que possui endereço IP atribuído, é capaz de se automonitorar, gerar informações sobre seu próprio funcionamento e comunicar-se com outras entidades associadas ou mesmo externas. É uma operação auto-regulada e autônoma.

Nos próximos anos, à medida que a Quarta Revolução Industrial evolui, as empresas industriais começarão a alavancar cada vez mais os princípios do CPS para ajudar a alcançar a excelência operacional por meio de melhorias de produtividade, implantação eficiente de todos os recursos (incluindo material e humano), satisfação do cliente e aumento do valor para o acionista.Visualizando esse desenvolvimento, Klaus Schwab, fundador e presidente executivo do Fórum Econômico Mundial, usou o termo "Quarta Revolução Industrial" para descrever a tendência.

A base para a Indústria 4.0 foi lançada durante a Terceira Revolução Industrial, caracterizada pela ampla aplicação de eletrônicos e computadores para automatizar processos de produção industrial. O uso crescente de eletrônicos e computadores

forte> contribuíram para a queda dos preços, a miniaturização e robustez dos computadores e um aumento maciço no poder de computação e processamento. As tecnologias digitais e de comunicação começaram a convergir. Testemunhamos os primeiros estágios de desenvolvimento da computação de borda/nuvem, a Internet das Coisas Industrial (IIoT), inteligência artificial (IA), robôs autônomos e outros. A integração de tecnologias digitais com tecnologias industriais deve transformar a manufatura e ajudar a concretizar a visão da Indústria 4.0.

O princípio da Indústria 4.0 é que uma empresa de manufatura será capaz de alcançar maior eficiência, produtividade e operação autônoma dos processos de produção, garantindo que as máquinas/equipamentos da planta, sistemas de logística, componentes em andamento e outros elementos (incluindo pessoas) comunicam-se diretamente uns com os outros para obter colaboração . Uma empresa de manufatura que deseja alinhar sua visão com a da Indústria 4.0 deve tomar medidas para converter entidades físicas existentes em sistemas ciber-físicos .

Com base em sua própria avaliação, cada empresa deve identificar máquinas, equipamentos ou outros sistemas físicos de sua planta industrial que tenham potencial para agregar valor máximo. A empresa deve prosseguir para integrá-los com sistemas cibernéticos e evoluir para uma rede de sistemas ciberfísicos. Um complexo de refinaria, por exemplo, pode ter fazendas de tanques no local e fora do local com dutos, válvulas de controle e estações de bombeamento conectando-os à planta principal. manutenção da fazenda, a prática atual normalmente é inspeção manual e manutenção periódica, que é cara e não eficiente. Ao converter esses ativos em CPS e apoiá-los com software de análise adequado, a refinaria poderá mudar para monitoramento remoto e manutenção preditiva pode beneficiar.

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