Indústria 4.0 Revelada: História, Benefícios e Tecnologias-Chave

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 Importa
• O que Impulsiona a Mudança para a Indústria 4.0
• A Evolução da Manufatura
• Como Implementar com Sucesso 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 4RI, é um termo abrangente para descrever como computadores, dados e automação estão evoluindo e se unindo para mudar a forma como o trabalho acontece, e em particular, a manufatura.

Baseando-se na terceira revolução industrial que incluiu a criação do PC e da internet, a Indústria 4.0 leva a tecnologia à próxima evolução, borrando as linhas entre os mundos digital e físico. Elementos como automação, IA, IoT e mais estão se tornando cada vez mais prevalentes. 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 Importa

Enquanto mudanças industriais e avanços tecnológicos no passado podiam ser caracterizados como criando problemas tanto quanto resolvendo alguns, a Indústria 4.0 é sobre pegar o que existe e melhorar. Então, embora tecnologia como computação em larga escala e aquisição de dados não seja nova, aplicar a camada 4.0 de computação em nuvem significa que dados antes retidos em silos agora podem ser compartilhados em muitos níveis de uma organização e ao redor do mundo.

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

Como a Indústria 4.0 não é apenas sobre avançar tecnologia, mas realmente evoluí-la, indicadores econômicos passam a focar em inovação, em vez de criação. Uma empresa pode inovar e criar um novo modelo de negócio — 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 alguns aspectos das revoluções industriais anteriores fizeram, a Indústria 4.0 está inovando na tecnologia para colocar o cliente em primeiro lugar. Chegada mais rápida ao mercado, produção sob demanda e níveis mais fáceis de personalização garantem satisfação do cliente em um nível totalmente novo. Até mesmo pessoas que trabalharão com máquinas melhoradas pela IoT ou robótica e automação encontrarão sua situação melhorada, pois tarefas repetitivas simples serão eliminadas em favor de trabalho em resolução de problemas ou inovação.

O que Impulsiona 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 mudam constantemente, assim como sua demanda por produtos mais cedo, mais baratos e ainda usando menos recursos do que no passado. Além disso, a personalização é o nome do jogo, o que era custoso e ineficiente nas evoluções anteriores da tecnologia, mas que, com a Indústria 4.0, pode se tornar a norma. A impressão 3D, por exemplo, pode permitir produção de curta duração, retorno rápido em um item altamente personalizado, a um custo marginalmente maior do que uma produção completa.

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

Finalmente, a capacidade de aproveitar a computação em nuvem e conectividade significa que as restrições do mercado global são virtualmente nulas. Distância e fusos horários diferentes não são mais um problema quando trabalhadores de todos os níveis podem acessar os dados de que precisam, desde abastecimento da cadeia de suprimentos até produção e envio, em tempo real, exibidos de formas que são relevantes para qualquer usuário.

A Evolução da Manufatura: Uma Breve História das Revoluções Industriais

A manufatura mudou substancialmente desde seus humildes começos. Houve quatro grandes avanços tecnológicos que se alinham com cada uma das quatro Revoluções Industriais.

A Primeira Revolução Industrial

Foi quando a manufatura se voltou para ferramentas e maquinário. Tecnologias populares dessa era — que aconteceu do final de 1700 ao início de 1800 — incluíam o tear mecânico, máquina de cardar, mula de fiar e fiar jenny. A água era usada para alimentar equipamentos como o tear mecânico, e essa tendência progrediu para sua contraparte de alta potência, o vapor. Motores a vapor tornaram-se populares para uma variedade de casos de uso durante esse período. Isso contrasta com o trabalho manual humano e animal usado antes desta Revolução.

A Segunda Revolução Industrial

Do final de 1800 ao início de 1900, a Segunda Revolução Industrial marcou um período de rápidos avanços tecnológicos que levaram a maior industrialização e padronização devido à necessidade de peças intercambiáveis para suportar tal crescimento. Foi quando a linha de produção como a conhecemos surgiu. Tecnologias populares e grandes avanços incluíram energia elétrica, telefones, aço e o primeiro navio moderno.

A Terceira Revolução Industrial

A Terceira Revolução Industrial é às vezes chamada de Revolução Digital graças à rápida adoção de eletrônicos digitais. Microprocessadores, PCs, celulares e a internet foram todas tecnologias importantes 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 na Quarta Revolução Industrial (Indústria 4.0). Comunicação máquina a máquina e tecnologia IoT resultaram em fábricas inteligentes, sensores inteligentes, manutenção preditiva usando dados de máquina e machine learning, e manufatura aditiva, todos vindos da Quarta Revolução Industrial. Este período remove humanos do ciclo quando aplicável. Muitos especialistas consideram este nosso lugar atual na história.

A Quinta Revolução Industrial

Alguns especialistas acreditam que agora estamos do outro lado da Indústria 4.0 e estamos no limiar da Quinta Revolução Industrial (Indústria 5.0). Embora discordâncias permaneçam, a 5RI dá grande importância à inteligência humana. É durante esta Revolução Industrial que humanos e máquinas devem finalmente trabalhar juntos para alcançar progresso. Um exemplo do que poderia ser considerada tecnologia 5RI nascente é o Neuralink de Elon Musk ou os Painéis de Operador da MachineMetrics, que sobrepõem contexto humano com dados de máquina para análises de ML melhores e mais precisas.

Como Implementar com Sucesso 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 manufatura ocorra sem muitas dificuldades:

1. Certifique-se de não ficar preso à regra 20/60/20 de gestão de mudanças. É onde 20% de sua força de trabalho está firmemente a bordo com seus planos, 60% vão junto mas são céticos e 20% não estão felizes com nada. Embora 100% de aceitação em qualquer plano de gestão de mudanças não seja provável nas melhores das hipóteses, esses últimos 20%, quando se trata de integrar 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 o panorama maior. Incluir pessoas pode ajudar a fazê-las sentir que têm um interesse nas mudanças. Além disso, investir em treinamento é a melhor maneira única de compensar o desconforto a longo prazo. Se as pessoas entenderem o PORQUÊ e o COMO, ficarão mais felizes em acompanhar a jornada.
2. Mude para manutenção proativa. Antes da Indústria 4.0 e da falta de conectividade de máquinas, big data e análises baseadas em nuvem, a manutenção era, por padrão, reativa. Havia alguma capacidade de planejar manutenção graças a padrões históricos, mas, no geral, o estilo padrão era esperar a falha antes de consertar um problema. Com análise sólida de dados, os fabricantes podem aproveitar a Indústria 4.0 não apenas para prever padrões e tendências para agendar manutenção e tempos de produção eficientes, mas também alcançar 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, até mesmo com fornecedores terceiros. Se eles puderem ver como é sua demanda, poderão prever melhor para provisioná-lo adequadamente. Com esse compartilhamento vem a necessidade de garantir que seus dados sejam seguros. Cibersegurança é um pilar central quando se trata de Indústria 4.0, com armazenamento de dados baseado em nuvem, gerenciamento e conectividade sem fio. Configurar isso desde o início garantirá que você não tenha um problema downstream que exija uma solução retrofitted.

Benefícios da Indústria 4.0

Eficiência e Produtividade Melhoradas

Quando você tira o humano do ciclo, também remove ineficiências e imprecisões humanas. Com melhor alocação de recursos baseada em números, menos recursos são necessários para manter níveis ótimos de produtividade. O tempo de inatividade torna-se menos frequente quando dados e machine learning se unem para manutenção preditiva e prescritiva, mantendo as máquinas em ótima forma sem sacrificar espaço de armazenamento para um suprimento excessivo de peças de reposição desnecessárias ou envolver-se em tempo de inatividade programado regularmente.

Agilidade Melhorada

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 números para respaldar decisões, é possível pivotar rapidamente conforme surgem oportunidades, até mesmo abrindo oportunidades para execuções de produção únicas se os suprimentos para a demanda prevista já foram atendidos.

Mais Dinheiro

Isso vem de uma variedade de fatores. Aumento de eficiência e produtividade significam saídas maximizadas. Dados de sensores usados para manutenção preditiva reduzem tempo de inatividade e sucata. Melhor planejamento de recursos significa menos overhead para gastos antecipados de materiais, espaço de armazenamento (que também pode ser otimizado usando ML), e custos operacionais gerais mais baixos com potencial de receita aumentado.

Desafios da Indústria 4.0

Pools de Dados Díspares e Avassaladores

Fabricantes são frequentemente inundados com 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 perguntas de negócio. Muitos fabricantes entraram na Indústria 4.0 esperando que soluções de dados fossem plug-and-play e funcionassem harmoniosamente juntas. Especialmente os primeiros adotantes muitas vezes ficaram tristes ao descobrir que seus dados estavam em uma variedade de formatos diferentes que não funcionavam juntos e não havia botão único que reunisse todos os dados para responder a qualquer pergunta que tivessem naquele momento. Motores de normalização de dados e ambientes de ML low-code agora resolvem alguns desses problemas, transformando a ciência de dados cidadã em um benefício para empresas que a usam e permitem, mas muitos fabricantes ainda têm data warehouses cheios de informações sem maneira de usá-las.

Escassez de Talentos

Embora existam muitos indivíduos talentosos no mundo, tipos específicos de talento estão mais em demanda agora do que nunca, e a oferta não parece acompanhar a demanda. Cientistas de dados internos têm sido um luxo na última década, e até mesmo empresas que contrataram um frequentemente descobrem que são um gargalo, porque estão severamente sobrecarregados. Cientistas de dados tiveram ampla opção de "nomeie seu preço" recentemente devido à disparidade extrema entre oferta e demanda. Analistas de dados, bem como ambientes de ML low-code, tornaram o processo de implantação de novos algoritmos muito mais rápido e simples, mas continua havendo escassez de especialistas no campo de ciência de dados.

Reação da Cultura da Empresa

Grandes transformações digitais podem ser estressantes para os funcionários. A falta de procedimentos de gestão de mudanças deixou muitas empresas no caos, bem como muitos funcionários com medo de perder seus empregos para IA ou robôs (embora isso não esteja alinhado com a perspectiva da Indústria 5.0). Quebrar silos e exigir cooperação interdepartamental pode causar tensões onde antes havia competição. A cultura da empresa deve evoluir para um local aberto, inovador e colaborativo para que os benefícios da Indústria 4.0 sejam plenamente realizados, e ação rápida baseada em dados em vez de longas deliberações vence 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 4RI, mas aqui está um resumo rápido das 10 principais:

Big Data & Analytics

Esta 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 usando edge computing e machine learning.

Robôs Autônomos

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 são programados.

Simulação/Gêmeos Digitais

Esta é uma versão digital de um sistema, como o chão de produção de uma fábrica. Através do uso de sensores em equipamentos de manufatura e dispositivos digitais similares, as empresas podem ver um "gêmeo" virtual de um sistema que podem então usar para análise, testes, etc.

Sistemas Horizontais e Verticais

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

IoT Industrial (IIoT)

Este é qualquer dispositivo IoT usado em um ambiente industrial, como um controle inteligente de HVAC ou um sensor de máquina de manufatura. A Plataforma IIoT da MachineMetrics transforma os dados do seu chão de fábrica de insights em ações com aplicativos poderosos que reduzem tempo de inatividade de máquinas, aumentam seu throughput e maximizam a lucratividade impulsionada por seus equipamentos de manufatura.

Tecnologia de Cibersegurança

A cibersegurança é crítica na IR4 porque a influxo de máquinas significa um número aumentado de vulnerabilidades de segurança que devem ser protegidas.

A Nuvem

Este é armazenamento de informação offsite acessível que geralmente é acessado via internet. Não requer hardware local e pode ser aproveitado por fabricantes para acessar recursos de computação sob demanda sem ter que gerenciar ativamente esses recursos.

Manufatura Aditiva

Esta é manufatura que não tira coisas através de corte, moagem, etc., mas em vez disso adiciona material para criar um objeto. Impressão 3D é o exemplo mais proeminente.

Inteligência Artificial

IA 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 contínuas de previsão.

Realidade Aumentada

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