Indústria 4.0:a história, os benefícios e as tecnologias

Atualizado em 25 de fevereiro de 2021

Guia do fabricante para a Quarta Revolução Industrial:

• O que é Indústria 4.0?
• Por que a Indústria 4.0 é importante
• O que está impulsionando a mudança para a Indústria 4.0
• A evolução da fabricação
• Como implementar com sucesso as soluções da Indústria 4.0
• Benefícios da Indústria 4.0
• Desafios da Indústria 4.0
• Tecnologias da Indústria 4.0

O que é Indústria 4.0?

Indústria 4.0, também conhecida como Quarta Revolução Industrial, ou 4IR, é um termo abrangente para se referir à maneira como computadores, dados e automação estão evoluindo e se unindo para mudar a forma como o trabalho acontece e, em particular, a fabricação.

Com base na terceira revolução industrial que incluiu a criação do PC e da Internet, a Indústria 4.0 leva a tecnologia para a próxima evolução ao borrar as linhas entre os mundos digital e físico. Elementos como automação, IA, IoT e muito mais estão se tornando cada vez mais predominantes. Enquanto as revoluções industriais do passado eram essencialmente sobre o avanço da tecnologia, a Indústria 4.0 é mais sobre a evolução da tecnologia e seu impacto na vida cotidiana.

Por que a Indústria 4.0 é importante

Enquanto as mudanças industriais e o avanço tecnológico no passado podem ter sido caracterizados por criar problemas tanto quanto resolveram alguns, a Indústria 4.0 trata de pegar o que existe e melhorá-lo. Portanto, embora tecnologias como computação em larga escala e aquisição de dados não sejam novas, a aplicação da camada 4.0 de computação em nuvem significa que os dados anteriormente retidos em silos agora podem ser compartilhados em vários níveis de uma organização e em todo o mundo.

Afastando-se da manufatura tradicional, a Indústria 4.0 pode reduzir a pressão de muitos dos desafios que a indústria enfrenta atualmente, incluindo ter que competir em um mercado global com sua volatilidade concomitante, encurtar ciclos de produção de produtos cada vez mais complexos, permitindo a capacidade de revisar e analisar dados, resultando em insights valiosos. As tendências que mudam não são mais preocupantes, pois as empresas podem se engajar na correção de curso com flexibilidade máxima e custo mínimo, e a manutenção preditiva cria mais eficiência e resultados mais fortes.

Como a Indústria 4.0 não trata apenas do avanço da tecnologia, mas de sua evolução, os indicadores econômicos se concentram na inovação, e não na criação. Uma empresa pode inovar e criar um novo modelo de negócios — da ideia inicial à implementação — em um ciclo muito mais rápido do que no passado.

Em vez de eliminar a necessidade de interação humana, como fizeram alguns aspectos das revoluções industriais anteriores, a Indústria 4.0 está inovando em tecnologia para colocar o cliente em primeiro lugar. Mais rápido para o mercado, produção sob demanda e níveis de personalização mais fáceis garantem a satisfação do cliente em um nível totalmente novo. Mesmo as pessoas que trabalharão com máquinas que foram aprimoradas pela IoT ou robótica e automação terão seu lote melhorado, pois tarefas simples e repetitivas serão eliminadas em favor de trabalhar na solução de problemas ou inovar.

O que está impulsionando a mudança para a Indústria 4.0?

Existem algumas necessidades que estão levando os fabricantes a adotar a Indústria 4.0.

Primeiro, e mais valioso, é o cliente. Seus desejos e necessidades estão mudando constantemente, assim como sua demanda por produtos mais cedo, mais baratos e ainda usando menos recursos do que no passado. Além disso, customização é o nome do jogo, que era caro e ineficiente em evoluções anteriores da tecnologia, mas que, com a Indústria 4.0, pode se tornar a norma. A impressão 3D, por exemplo, pode permitir uma produção rápida e de curto prazo em um item altamente personalizado, a um custo marginalmente mais alto do que seria uma produção completa.

Em seguida, vêm os dados em si:a capacidade de adquirir e analisar as quantidades de dados históricos que os fabricantes produzem constantemente é uma inteligência utilizável para permitir o planejamento de demanda, produção e manutenção. Aumentar a eficiência e a produtividade, ao mesmo tempo em que garante a alta qualidade do produto final, é bom para a saúde de um fabricante.

Por fim, a capacidade de alavancar a computação em nuvem e a conectividade significa que as restrições do mercado global são praticamente nulas. A distância e os fusos horários diferentes não são mais um problema quando os trabalhadores em todos os níveis podem acessar os dados de que precisam, desde o fornecimento de recursos da cadeia de suprimentos até a produção e o envio, em tempo real, exibidos de maneiras importantes para qualquer usuário.

A evolução da manufatura:uma rápida história das revoluções industriais

A fabricação mudou substancialmente desde seu começo humilde. Houve quatro grandes avanços tecnológicos que se alinham com cada uma das quatro Revoluções Industriais

A Primeira Revolução Industrial

Foi quando a fabricação se voltou para ferramentas e máquinas. A tecnologia popular desta época - que aconteceu do final dos anos 1700 ao início dos anos 1800 - incluía o tear mecânico, a máquina de cardar, a mula giratória e a jenny giratória. A água foi usada para alimentar equipamentos como o tear elétrico, e essa tendência progrediu para sua contraparte de alta potência, o vapor. Os motores a vapor tornaram-se populares para uma variedade de casos de uso durante esse período. Isso contrasta com o trabalho humano manual e o trabalho animal que foi usado antes desta Revolução.

A Segunda Revolução Industrial

Do final dos anos 1800 ao início dos anos 1900, a Segunda Revolução Industrial marcou um período de rápidos avanços tecnológicos que levaram ao aumento da industrialização e padronização devido à necessidade de peças intercambiáveis ​​para suportar tal crescimento. Foi quando surgiu a linha de produção como a conhecemos. A tecnologia popular e os principais avanços incluíam energia elétrica, telefones, aço e o primeiro navio moderno.

A Terceira Revolução Industrial

A Terceira Revolução Industrial às vezes é chamada de Revolução Digital, graças à rápida adoção da eletrônica digital. Microprocessadores, PCs, telefones celulares e a internet foram as principais tecnologias durante a Terceira Revolução Industrial, que ocorreu na última parte do século XX. Isso marcou o início da Era da Informação.

A Quarta Revolução Industrial

A automação é o grande diferencial da Quarta Revolução Industrial (Indústria 4.0). A comunicação máquina a máquina e a tecnologia IoT resultaram em fábricas inteligentes, sensores inteligentes, manutenção preditiva usando dados de máquina e aprendizado de máquina e manufatura aditiva, todos vieram da Quarta Revolução Industrial. Este período remove os humanos do loop, quando aplicável. Muitos especialistas consideram que este é o nosso lugar atual na história.

A Quinta Revolução Industrial

Alguns especialistas acreditam que agora estamos do outro lado da Indústria 4.0 e, em vez disso, à beira da Quinta Revolução Industrial (Indústria 5.0). Enquanto as divergências permanecem, o 5IR dá grande importância à inteligência humana. É durante esta Revolução Industrial que humanos e máquinas devem trabalhar juntos para alcançar o progresso. Um exemplo do que pode ser considerado a tecnologia 5IR em ascensão é o Neuralink de Elon Musk ou o Operator Dashboards da MachineMetrics, que sobrepõe o contexto humano aos dados da máquina para uma análise de ML melhor e mais precisa.

Como implementar com sucesso as soluções da Indústria 4.0

Existem três maneiras principais de garantir que a implementação da Indústria 4.0 - e em particular a integração de IoT no chão de fábrica - em seu ambiente de fabricação seja executada sem muito esforço dificuldade:

1. Certifique-se de que você não está preso à regra 20/60/20 de gerenciamento de mudanças. É aqui que 20% de sua força de trabalho está firmemente de acordo com seus planos, 60% estão de acordo, mas são céticos e 20% não estão felizes com tudo. Embora 100% de aceitação em qualquer plano de gerenciamento de mudanças não seja provável na melhor das hipóteses, os últimos 20%, quando se trata de integrar a IoT industrial, podem ser difíceis de ignorar. Uma maneira de melhorar os 60% é reconhecer aqueles que são avessos à mudança e ver se você pode descobrir o porquê e entrar em alguma discussão sobre esse quadro maior. Incluir as pessoas pode ajudar a fazê-las sentir que têm interesse nas mudanças. Além disso, investir em treinamento é a melhor maneira de compensar o desconforto a longo prazo. Se as pessoas entenderem o PORQUÊ e o COMO, ficarão mais felizes em participar do passeio.
2. Mude para a manutenção proativa. Antes da Indústria 4.0 e da falta de conectividade de máquina, big data e análise baseada em nuvem, a manutenção era reativa por padrão. Havia alguma capacidade de planejar a manutenção graças aos padrões históricos, mas, em geral, o estilo padrão era aguardar a falha antes de corrigir um problema. Com uma análise de dados sólida, os fabricantes podem aproveitar a Indústria 4.0 para não apenas prever padrões e tendências para fins de programação de manutenção e tempos eficientes de produção, mas também atingir um estágio de detecção autônoma, autocorreção ou reparo por máquinas.
3. Compartilhe seus dados, mas proteja-os também. Uma das grandes vantagens da Indústria 4.0 é a capacidade de compartilhar dados em tempo real, mesmo com fornecedores terceirizados. Se eles puderem ver como é a sua demanda, eles poderão prever melhor para abastecê-lo adequadamente. Com esse compartilhamento, surge a necessidade de garantir que seus dados estejam seguros. A segurança cibernética é um pilar central quando se trata da Indústria 4.0, com armazenamento de dados baseado em nuvem, gerenciamento e conectividade sem fio. Fazer essa configuração desde o início garantirá que você não tenha um problema posterior que exija uma solução adaptada.

Benefícios da Indústria 4.0

Melhor eficiência e produtividade

Quando você tira o humano do circuito, você também remove as ineficiências e imprecisões humanas. Com uma melhor alocação de recursos baseada em números, menos recursos são necessários para manter os níveis ideais de produtividade. O tempo de inatividade se torna menos frequente quando os dados e o aprendizado de máquina se unem para manutenção preditiva e prescritiva, mantendo as máquinas em ótima forma sem sacrificar o espaço do armazém para um excesso de oferta de peças sobressalentes desnecessárias ou para o tempo de inatividade programado regularmente.

Agilidade aprimorada

Quando as decisões são baseadas em números que também podem ser alterados à vontade para visualizar cenários alternativos, os fabricantes colhem os frutos de um enorme aumento na agilidade. Com os números para apoiar as decisões, é possível mudar rapidamente conforme as oportunidades surgem, abrindo até mesmo oportunidades para execuções de produção únicas se os suprimentos para a demanda prevista já tiverem sido atendidos.

Mais dinheiro

Isso vem de uma variedade de fatores. Maior eficiência e produtividade significam resultados maximizados. Os dados do sensor usados ​​para manutenção preditiva reduzem o tempo de inatividade, bem como o refugo. Um melhor planejamento de recursos significa menos despesas gerais com gastos iniciais de materiais, espaço de armazenamento (que também pode ser otimizado usando ML) e custos operacionais gerais mais baixos com maior potencial de receita.

Desafios da Indústria 4.0

Conjuntos de dados díspares e esmagadores

Os fabricantes são muitas vezes inundados em mais dados do que podem usar razoavelmente. A utilidade desses dados é esgotada pela falta de talento interno (ou serviço externo) que entenda como limpar e organizar os dados – os dados certos – para responder a perguntas de negócios. Muitos fabricantes entraram na Indústria 4.0 esperando que as soluções de dados fossem plug-and-play e que todas funcionassem harmoniosamente juntas. Especialmente os adotantes iniciais muitas vezes ficaram tristes ao descobrir que seus dados estavam em uma variedade de formatos diferentes que não funcionavam juntos e não havia um botão de um clique que puxasse todos os dados para responder a qualquer pergunta que eles tivessem naquele momento. Os mecanismos de normalização de dados e os ambientes de ML de baixo código agora resolvem alguns desses problemas, transformando a ciência de dados do cidadão em um benefício para as empresas que a usam e permitem, mas muitos fabricantes ainda têm data warehouses cheios de informações sem como usá-las.

Falta de Talentos

Embora existam muitos indivíduos talentosos no mundo, tipos específicos de talento são mais procurados agora do que nunca, e a oferta não consegue acompanhar a demanda. Cientistas de dados internos têm sido um luxo na última década, e mesmo as empresas que contrataram um muitas vezes descobrem que são um gargalo, porque estão severamente sobrecarregadas. Os cientistas de dados tiveram em grande parte uma opção de nomear seu preço nos últimos tempos devido à extrema disparidade na oferta e na demanda. Analistas de dados e ambientes de ML de baixo código tornaram o processo de implantação de novos algoritmos muito mais rápido e simples, mas continua a haver uma escassez de especialistas no campo da ciência de dados.

Cultura da empresa Contra-ataca

Grandes transformações digitais podem ser estressantes para os funcionários. A falta de procedimentos de gerenciamento de mudanças deixou muitas empresas no caos, assim como muitos funcionários com medo de perder seus empregos para a IA ou para um robô (embora isso não esteja alinhado com as perspectivas da Indústria 5.0). Quebrar silos e exigir cooperação interdepartamental pode causar tensões onde antes havia competição. A cultura da empresa precisa evoluir para um local aberto, inovador e colaborativo para que os benefícios da Indústria 4.0 sejam totalmente realizados e a ação rápida e baseada em dados, em vez de longa deliberação, vença no ambiente de negócios moderno.

Tecnologias da Indústria 4.0

Quais são as soluções e tecnologias que chegam como parte das inovações da Indústria 4.0? Temos um artigo completo sobre tecnologias 4IR, mas aqui está um breve resumo do top 10:

Big Data e análise

Essa é a enorme quantidade de dados coletados usando sensores, pixels de rastreamento, pesquisas e qualquer outro fluxo de dados, onde esses dados são armazenados e os meios pelos quais são analisados, como o uso de computação de borda e aprendizado de máquina.

Robôs Autônomos

Estes são robôs que trabalham por conta própria, sem intervenção humana. Usando ML, esses robôs podem tomar decisões e correções em tempo real para realizar as tarefas para as quais foram programados.

Simulação/Gêmeos Digitais

Esta é uma versão digital de um sistema, como o chão de produção de uma fábrica. Por meio do uso de sensores em equipamentos de fabricação e dispositivos digitais semelhantes, as empresas podem ver um “gêmeo” virtual de um sistema que pode ser usado para análise, teste etc.

Sistemas horizontais e verticais

Isso se refere à conectividade de todos os aspectos de um sistema, tanto horizontal quanto verticalmente, como departamentos trabalhando juntos em instalações, bem como compartilhamento de dados de máquina e interação entre diferentes níveis de senioridade.

IoT industrial (IIoT)

Este é qualquer dispositivo IoT usado em um ambiente industrial, como um controle HVAC inteligente ou um sensor de máquina de fabricação. A MachineMetrics IIoT Platform transforma seus dados de chão de fábrica de insights em ações com aplicativos poderosos que reduzem o tempo de inatividade da máquina, aumentam seu rendimento e maximizam a lucratividade impulsionada por seu equipamento de fabricação.

Tecnologia de cibersegurança

A segurança cibernética é crítica em IR4 porque o influxo de máquinas significa um número maior de vulnerabilidades de segurança que devem ser protegidas.

A Nuvem

Este é um armazenamento de informações acessível fora do local que geralmente é acessado pela Internet. Ele não requer hardware local e pode ser aproveitado pelos fabricantes para acessar recursos do computador sob demanda sem ter que gerenciar ativamente esses recursos.

Manufatura Aditiva

Esta é a fabricação que não remove as coisas por meio de corte, retificação etc., mas adiciona material para criar um objeto. A impressão 3D é o exemplo mais proeminente.

Inteligência Artificial

AI refere-se a máquinas que são capazes de aprender e chegar a conclusões por conta própria com base na formação de conexões usando dados de treinamento e oportunidades de previsão contínuas.

Realidade Aumentada

AR refere-se à sobreposição de informações no mundo físico. Exemplos notáveis ​​incluem filtros do Snapchat e Pokémon Go, mas também existem muitos casos de uso no mundo dos negócios, especialmente no que se refere a treinamento e manutenção.