Eica 2016.2 - Industria 4.0

Industria 4.0
Ênio Prates Vasconcelos Filho
03/11/2016

Sobre Mim
Δ Ênio Filho
Δ Profissional
• Engenheiro de Controle e Automação – UnB;
• Mestre em Sistemas Mecatrônicos – UnB;
• Professor no Instituto Federal de Goiás – IFG
Δ Atuação
• Desenvolvedor de projetos na área de #IoT com microcontroladores
• Experiência em Hardwares reconfiguráveis (FPGA) e microcontroladores embarcados
• Trabalhos intensivos com tecnologia RFID
• Membro Fundador do CrazyTechGuys
• Membro participante do Gyn Bot
03/11/2016IOT Weekend Brasília

Tópicos
Δ IoT
Δ Visão atual de Indústria
Δ Introdução: Um mundo integrado...
Δ Industria 4.0
Δ Sistemas Físicos Cibernéticos
Δ Fábricas Inteligentes
Δ Internet Industrial das Coisas
Δ Desafios
Δ Implementação da Industria 4.0

“Coisas conectadas, conversando
entre si, sem intervenção de
humanos”

#IoT (Internet of Things)
Δ Também chamada de IoE
(Internet of Everything)
Δ Objetos e aparelhos ligados
a Internet
Δ Informação, estado e
controle sobre objetos
Δ Comunicação entre pessoas
e dispositivos e
dispositivos-dispositivos
Δ Carros, Casas, Relógios,
Geladeiras (?)...

3 3,7
4,9
25
2013 2014 2015 2020
COISAS CONECTADAS
Bilhões de Coisas Conectadas

Visão atual de Indústria
Δ Atualmente, ainda existe a visão de uma indústria ou de um sistema de
produção como um fim em si mesmo:
INSUMOS
VENDAS

Um mundo integrado...
Δ Imaginemos um cenário em que:
• Existe uma previsão de chuva no fim da safra
• O governo quer aumentar em 10% o estoque de etanol...

Um mundo Integrado...
Δ É prevista uma valorização do açúcar produzido em 3%

Δ Porém...
• O fornecedor não tem insumo para atender o pico de produção

Δ E...
• Dois motores e dois inversores importantes para a produção tem
manutenção agendada...

Δ O que fazer?
• Diante de um cenário, com diversas informações entrelaçadas, como agir?
• É possível manter os paradigmas estabelecidos?
• Quais mudanças são necessárias?

Um mundo Integrado... Em ação!
Δ Fica clara a necessidade de um sistema integrado, capaz de enxergar as
diversas variáveis do processo, em busca de uma ação eficiente!

Um mundo Integrado... Em ação!
Δ Uma indústria inteligente
• Com um sistema de controle inteligente...
Δ Capaz de realizar:
• Setup das variáveis de controle de produção
• Ajustes na produção para fugir da chuva
• Aumento do contrato com o governo
• Direcionamento de produção para açúcar
• Compra de insumos com fornecedor alternativo...
Essa é a Industria 4.0!

Revolução Industrial

Industria 4.0
Δ É um conceito de indústria proposto recentemente e que engloba as
principais inovações tecnológicas dos campos de automação, controle e
tecnologia da informação, aplicadas aos processos de manufatura.
Δ A partir de Sistemas Cyber-Físicos, Internet das Coisas e Internet dos
Serviços, os processos de produção tendem a se tornar cada vez mais
eficientes, autônomos e customizáveis.

Industria 4.0
Δ Momento de inversão de quem “puxa” a
tecnologia
Δ A IOT estendendo-se muito além do nível
de gadgets de acesso...
Δ Industrias de material pesado, como óleo,
gás, logística, mineração começam a
investir em tecnologias de integração de
comunicação de linhas e meios de
produção

Industria 4.0
Δ Através da conexão de máquinas, sistemas e ativos, as empresas
poderão criar redes inteligentes ao longo de toda a cadeia de valor que
podem controlar os módulos da produção de forma autônoma.
Δ Ou seja, as fábricas inteligentes terão a capacidade e autonomia para
agendar manutenções, prever falhas nos processos e se adaptar aos
requisitos e mudanças não planejadas na produção.

Industria 4.0
Δ Linhas de montagem e produtos devem se comunicar e trabalhar em
conjunto ao longo do processo de fabricação, independentemente do
local.
Δ As informações devem ser trocadas de forma instantânea, e a coleta de
dados permitirá a tomada das melhores decisões

Princípios da Indústria 4.0
Δ Capacidade de operação em tempo real
Δ Descentralização

Princípios da Indústria 4.0
Δ Virtualização
• Cópia virtual das fabricas inteligentes.
• Permitindo a rastreabilidade e monitoramento remoto de todos os
processos por meio dos inúmeros sensores espalhados ao longo da planta.
Δ Modularidade
• Produção de acordo com a demanda, acoplamento e desacoplamento de
módulos na produção.
• O que oferece flexibilidade para alterar as tarefas das máquinas
facilmente.

Bases da Industria 4.0
Δ Surgem os dispositivos e sistemas capazes de atender essa nova
demanda por integração, comunicação e resposta em tempo real pedida
pelos novos processor produtivos.
Δ São os Sistemas Físicos Cibernéticos.

Sistemas Físicos Cibernéticos (CPS)
Δ Do original Cyber Physical Systems
Δ São sistemas de controle distribuídos e inteligentes com características
híbridas sendo elas físicas, digitais e virtuais.
Δ Estes sistemas são organizados em módulos ou unidades com elevado
grau de autonomia e inteligência compondo redes também inteligentes.
Δ A composição ou configuração dessas redes são denominadas fábricas
inteligentes (smart factories).

Sistemas Físicos Cibernéticos (CPS)
Δ Os CPS são sistemas que permitem a ligação das operações da realidade
física com infraestruturas de computação e comunicação automatizada.
Δ Ao contrário de sistemas embarcados tradicionais, que são concebidos
como dispositivos autônomos, o foco em CPS está na interconexão da
rede de vários dispositivos.
Δ A ideia de CPS acompanha a tendência de ter informações e serviços em
todas as partes, o que é inevitável no mundo altamente conectado de
hoje.

Fábricas Inteligentes (Smart Factories)
Δ Nesse novo momento de revolução industrial, surge um novo conceito
de fábrica.
Δ Uma indústria mais ágil, diretamente conectada com tudo que acontece
a sua volta, capaz de antecipar situações e propor respostas melhores
para os desafios encontrados.

Δ Através de alta capacidade de processamento e comunicação instalada,
as unidades de produção são auto-suficientes e capazes de reorganizar-
se frente a mudanças de produtos e processos.
Δ Essas unidades são aptas a atuar em conjunto ou de forma
independente.
Δ Tem acesso a toda informação necessária em tempo real ou podem
obtê-la de forma imediata.
Δ Suas características intrínsecas de software permitem auto
configuração, otimização e expansão sem intervenções físicas ou de
engenharia.

Δ Esses sistemas agregam elementos de inteligência artificial e trabalham
utilizando imagens virtuais em todas as fases da produção.
Δ São capazes de gerenciar características e configurações dos produtos
em transito nas linhas, incrementando o valor na cadeia produtiva de
bens e serviços representando e atuando sempre sobre o estado atual e
real do produto e processo.

Δ Os produtos também são inteligentes (agregando sensores e
microprocessadores) e se comunicam em rede e uns com os outros
através da Internet das coisas (IoT);
Δ Respondem a eventos internos e externos apresentando
comportamento aprendido e baseado em padrões.

Internet Industrial das Coisas (IIOT)
Δ Temos em mãos um cenário de
mudança, onde a Internet das Coisas
avança sobre a indústria, quebrando
paradigmas de linguagens e sistemas
fechados, permitindo o máximo
possível de integração.
Δ Os sistemas existentes são interligados
e baseados na Internet padrão e
aberta, Ethernet e outras tecnologias
relacionadas à nuvem, que visam
garantir o acesso seguro aos
dispositivos e informações.

Δ Essa conexão intensa entre todos os itens na cadeia de produção
demanda algumas bases:
• Gestão de ativos e de desempenho:
oControle em tempo real de resultados e situações;
• Disponibilidade de dados aumentada
oAcesso aos dados de qualquer plataforma, de maneira rápida
• Controle empresarial inteligente
oIntegração de máquinas inteligentes e ativos inteligentes existentes na
produção com a empresa como um todo, contribuindo para uma flexibilidade
e eficiência maior na rentabilidade dos processos de manufatura.

Δ Tecnologias de comunicação e monitoramento:
• Protocolos de dados cada vez mais simples e eficientes;
• Uso de sensores inteligentes, em todas as posições necessárias;
• Aplicações de tecnologias como RFID, BLE e GPS, para rastreamento local
e distribuído, bem como para gestão de ativos.

Novos Caminhos
Δ A interação entre TI e as tecnologias de automação representam árduo
desafio a muito tempo.
• Sua infraestrutura em forma de pirâmide está consolidada.
Δ Com o advento da indústria 4.0 os níveis superiores ERP e MES
comunicam-se diretamente com os níveis inferiores.
• É possível por exemplo solicitar dados de estado do CLP ou processo e
transferir novas receitas de produção diretamente para o nível de
produção.

Novos Caminhos
Δ Com a Indústria 4.0 esta divisão
em níveis e a abordagem top-
down do fluxo de informações
começará a se dissolver e
misturar-se.
Δ Em uma rede inteligente, cada
dispositivo ou serviço pode
iniciar uma atividade
autonomamente em
comunicação com os outros
serviços ou departamentos da
empresa como por exemplo para
disparar uma ordem de
produção.

Mas... Isso já existe?
Δ Grandes indústrias já começam com esse movimento, inclusive no
Brasil:

Lá fora:
Δ Accenture, 2016: “O valor gerado pela IIOT
alcançará $ 15 trilhões até 2030”
Δ Frank Gillett, Forrester Research: “O que as
empresas estão buscando é repensar seus
produtos. Não basta colocar um sensor em um
compressor. É necessário que a empresa repense
a forma de vender o compressor e passar a
oferecer ao consumidor um modelo pay-for-use,
baseado em dados e na análise que pode ser
feita”

Δ Bombas de ar e água Inteligentes
Δ Treinamento de Funcionários em aplicações em
tablets
Δ Mineração de dados em tempo real,
monitoramento de previsão de falhas
remotamente
Δ Redução de tempos de parada e de quebra em 10
a 12%

Δ Provedora líder mundial de mercado de soluções de rede wireless,
lançou (13/09/2016) o cnReach, um rádio de banda estreita para
transmissões altamente confiáveis e seguras de longa distância;
Δ Especialmente para aplicações nos setores de petróleo e gás,
companhias de eletricidade e água, ferroviário, transporte e
mineração.

Desafios
Δ Consideráveis esforços são necessários para uma implantação bem
sucedida da Industria 4,0.
Δ Entretanto, tais exigências variam grandemente de caso a caso.
Δ A fim de reduzir a complexidade, permitir modularização, organização
abrangente, ampla padronização, e estrutura sistêmica, uma
digitalização coerente é imprescindível, sendo a base desta nova
indústria

Desafios da Indústria 4.0
Δ Tecnologia de comunicação universal (neutra) e independente
Δ Escalabilidade(interoperabilidade) para a integração
Δ Segurança
Δ Transporte e troca de dados através de protocolos padronizados
Δ Mapeamento de conteúdos de informação com qualquer grau de
complexidade
Δ Função "Plug-and-produce“

Implementação da Industria 4.0
Δ John Deere
Δ Integrado com a IBM
Δ Explorar o potencial da Industria 4.0 junto com a organização de chão
de fábrica já existente
Δ Desafios:
• Aumentar o número de produtos produzidos, aumentando a complexidade
da produção;
• Demanda flutuante de consumo
• Menor ciclo de vida de produto
• Gestão da cadeia de suprimentos

1ª Etapa: Construir um “papel” digital para gerenciamento das demandas
Δ Solução:
• Integração de sistemas (ordens digitais)
• Sistema de planejamento de pedidos
• Identificação automática de pedidos
• Entrega automatizada de pedidos para produção
• Feedback via sistema
• Controle do sistema via tablets
Δ Tecnologias:
• Identificação de ordens via RFID
• CPS – Leitor de tags RFID
• Plataforma de integração
• Sistema de assistência a produção

2ª Etapa: Sistema de assistência a produção
Δ Solução:
• Identificação do funcionário via cartão
• Guia das ações passo-a-passo
• Qualificação dos funcionários
• Ferramentas de feedback online
• Automação do sistema de detecção de falhas
• Informações adicionais através de Wearable devices
Δ Tecnologias:
• Smart Cards (Identificação);
• Sistema de assistência
• RFID

3ª Etapa: Perceber e Agir
Δ Solução:
• Identificação de pedidos via RFID
• Interconexão entre máquinas e/ou dispositivos e chão de fábrica via CPS
• Plataforma de integração (data Hub)
o Integração de ERP com sistemas de baixo nível
• Definição de regras independentes de ação (flexíveis)
o Regras podem ser aplicadas até o nível dos dispositivos
Δ Tecnologias:
• RFID / RTLS (identificação e localização)
• CPS (transferência de dados dos sensores: Tags RFID, Estado das máquinas, manutenções...)

3ª Etapa: Perceber e Agir

Concluindo...
Δ O que se espera do advento da Industria 4.0...
Δ Maior Eficiência
Δ Menor custo
Δ Rapidez
Δ Preservação do meio
ambiente (produção
inteligente)
Δ Maior disponibilidade
Δ Integração

Dúvidas?
enio.filho@ifg.edu.br
Obrigado a Todos!
03/11/2016 IOT Weekend Brasília
Referências:
• Deploying RFID - Challenges, Solutions, and Open Issues", book edited by Cristina Turcu, ISBN 978-953-307-380-4,
Published: August 17, 2011 under CC BY-NC-SA 3.0 license.
• http://www.automacaoindustrial.info/industria-4-0-uma-visao-da-automacao-industrial
• Hung-An Kao Jay Lee, Behrad Bagheri. A cyber-physical systems architecture for industry 4.0-based manufacturing
systems. ScienceDirect, 2015.
• 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.
• https://www-
304.ibm.com/events/tools/interconnect/2016ems/REST/presentations/PDF/InterConnect2016_1648.pdf
• Burke, Thomas J. - OPC Unified Architecture: Interoperability for Industrie 4.0 and the Internet of Things
• http://www.slideshare.net/AlexisGion/outthink-complexity-with-industrie-40-with-watson-iot

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