O ENSINO DA INDÚSTRIA 4.0

Uma Proposta e um Ensaio Técnico e Didático

O termo Indústria 4.0 se tornou comum no meio industrial, de produção e todas as áreas tecnológicas afins, sem contar toda terminologia que orbita ao redor dele, Cibersegurança, Internet das Coisas, Big Data, entre outros.

Em épocas de facilidade de pesquisa, nada mais natural que o tráfego de busca na internet neste termo, seja muito demandado, não só no Brasil, mas em todo mundo.

Já temos uma boa quantidade de materiais para pesquisa, pelo menos que no que se refere aos conceitos da Indústria 4.0, em diversos idiomas e com diversas abordagens e formações de opiniões, visto que, compreende um conjunto de conhecimentos.

Este trabalho é uma proposta, uma ideia, onde vamos ensaiar um modelo técnico e didático para ensino da Indústria 4.0, desde a criação de treinamentos, cursos, disciplinas técnicas e de graduação chegando até a pós-graduação.

Nossa motivação para este trabalho, reside no fato de termos a oportunidade de trabalhar com a implantação de projetos de tecnologia, com aderência a Indústria 4.0 e também trabalhar como docente na área de tecnologia, no caso, este trabalho, é um compartilhamento de um projeto de ensino, da disciplina Indústria 4.0, que compõe o Curso de Pós-Graduação de Automação Industrial.

Nossa intenção, como dissemos, é compartilhar, trocar experiências e mostrar um trabalho real, preocupado em levar conceitos e aplicações deste novo mundo, que ainda estamos entendendo, juntando tecnologias e esperando resultados desta 4ª Revolução Industrial, que tanto falamos.

Não temos a pretensão de criar um modelo definitivo, de postular ou dissertar técnica ou pedagogicamente o assunto, há muito que se fazer, senão quase tudo, estamos todos, a comunidade técnica, científica e acadêmica de olho nestes conceitos e aqui é apenas uma demonstração de um caminho que estamos trilhando, que sabemos, irá mudar e se alterar conforme a dinâmica técnica, aplicada e de ensino, conforme for acontecendo.

Relembrando, o que é Indústria 4.0, onde são Conceitos de Convergência da TO (Tecnologia da Operação) e TI (Tecnologia da Informação), que estão promovendo a chamada 4ª Revolução Industrial, através da colaboração entre Pessoas, Informação e Máquinas, universo Cibernético.

Esta apresentação parte do pressuposto que você já tem o embasamento do que se trata, caso não, sugerimos acessar o link da apresentação e estudar a parte básica.

Um ponto muito importante da Indústria 4.0, é entender o que realmente muda com esta 4ª Revolução Industrial, isto é, o impacto que sugere uma mudança revolucionária, para isso expomos três grandes aspectos:

O impacto no Negócio, onde veremos a aproximação da Demanda x Custo x Produção, não teremos mais distâncias, esperas e estoques mal calculados, máquinas ou células subaproveitadas e até mesmo produzir de forma empurrada, tudo será On-Demand (sob demanda).

Outro impacto será na Mão de Obra, pessoas que trabalham nas fábricas e indústrias, haverá uma alteração na estrutura de Tomada de Decisões e Operações, estas atividades serão feitas por máquinas, sistemas de software, onde será eliminado o meio, teremos um novo modelo de trabalhador na indústria.

Nesta mesma linha, a Produção sofrerá uma grade mudança, haverá de fato transparência e Sustentabilidade na produção, será o fim do desperdício e erros, pois os sistemas farão funções de alta complexidade e previsibilidade, como nunca se viu, utilizando-se de ferramentas de predição, realimentando a fábrica inteligente.

Muito se fala na aplicação esta Indústria 4.0, mas temos que percorrer alguns caminhos e, estes caminhos são práticos, por exemplo, será que sua fábrica de fato é uma Indústria 3.0? Será que esta fábrica já utiliza toda tecnologia de automação disponível?

É fato que no Brasil, ainda há muito que se fazer, apesar de termos muitas plantas de alta tecnologia, ainda encontramos plantas que ainda estão focadas somente em produzir, sem automação ou muito pouco, de baixa relevância no impacto custo x produção.

É aí que podemos ter alguns entendimentos, pois se há uma porta se abrindo, rumo a 4ª Revolução Industrial, nosso país pode sim, dar um salto, claro que há muito envolvimento de todas as classes para que isso aconteça, mas podemos caminhar rapidamente para o tão esperado número de produtividade dos países desenvolvidos, e para que isso aconteça, precisamos de investimentos maciços em educação e pesquisa tecnológica aplicada, com incentivos governamentais sérios, com propósitos definidos.

Os desafios da Indústria 4.0 são muitos, podemos abaixo eleger os principais, todavia, vamos nos ater a falta de profissionais qualificados, objetivo de nosso texto:

  • Cibersegurança;
  • Legislação;
  • Uma mesma linguagem (padronização);
  • Faltam profissionais preparados;
  • Poderá levar anos ou décadas para uso;
  • Depende dos elementos (Governo, Capital e Educação).

Para termos uma ideia do nível de discussão que toda essa 4ª Revolução está causando, este ano 2016 houve o Fórum Econômico Mundial, em Davos e estes foram alguns dados apresentados pelas lideranças mundiais, baseado nos impactos desta nova tecnologia:

  • Perca de 5 milhões de empregos próximos 5 anos;
  • Perca de 7,1 milhões de empregos até 2020;
  • Mudanças socioeconômicas e demográficas, aumento da desigualdade;
  • Terrorismo cibernético (vulnerabilidade);
  • Governos sem projetos de longo prazo;
  • Pessoas e profissionais sem preparo para a Sociedade 4.0;
  • Fim dos intermediários;
  • Novas profissões: Drones, Robôs, Imp3D.

No Brasil, também este ano de 2016, ocorreu na Feira Internacional de Máquinas e Ferramentas, a apresentação de uma Célula de Manufatura Avançada, foi liderada pela Abimaq, todo o sistema tem os conceitos da Indústria 4.0.

Também este ano, a CNI Confederação Nacional da Indústria, apresentou um relatório de pesquisa a respeito da Indústria 4.0 no Brasil, dentre diversos dados, apresentou-se um número de 48% das indústrias, aplicam alguma tecnologia do composto da Indústria 4.0, ainda há muito que se fazer.

Um dos temas mais delicados quando se fala em tecnologia, é a substituição da mão de obra humana por máquinas, isso é assunto desde a 3ª Revolução Industrial, com a implantação de sistemas de automação, como conhecemos hoje.

A Indústria 4.0, traz a própria evolução dos sistemas e, claro, revive de forma muito mais gritante esse problema, uma vez que apresenta tecnologias de aprendizado de máquinas para tomada de decisões automáticas, sem a necessidade de intervenção humana.

Os estudos sobre estas novas tecnologias, apontam o fato de que as máquinas estão “aprendendo”, tudo o que ser refere a tarefas conhecidas e repetitivas, com isso é fácil entender um cenário onde as máquinas tomarão decisões baseado em dados de alto volume e criticidade.

O homem atuará somente em novas situações, tarefas em que as máquinas não podem aprender, profissões que exigem abstração, lidar com o desconhecido, isto é, o mundo novo, por isso o advento de novas profissões.

As principais mudanças para o novo trabalhador, no caso, vamos focar a indústria, que é nosso tema central, ele terá um perfil analítico de todo o processo produtivo, pois tarefas repetitivas serão feitas pelas máquinas que o apoiarão a tomar decisões, será conhecedor de ferramentas de análise de dados e deverá ser capaz de criar novos modelos, de processo, de negócios e tecnologias, esse é um perfil traçado do novo profissional da indústria.

De face aos dados e comentários anteriores, propomos um conjunto de conhecimento aplicados ao estudo da Indústria 4.0, este conjunto, como dissemos, é uma ideia, pode ser que já falte algum elemento ou outro que já esteja desatualizado, é natural, pois tudo é muito novo e dinâmico, é necessário iniciar um trabalho com comunidade científica, técnica, alunos, professores e empresas, afim e chegarmos a conteúdos, capazes de entregar, conhecimento para estes novos trabalhadores.

A estrutura básica do ensino da Indústria 4.0, é:

  • Introdução a Indústria 4.0 – toda a conceituação, técnica, econômica e de aplicação;
  • Infraestrutura – são os conceitos das vias, das redes, das mídias, que permitirão unir todas as informações da indústria;
  • Cibersegurança – além de já ser um desafio pontuado pela tecnologia, a Cibersegurança permitirá unir as redes de informação de forma segura;
  • IIoT Internet Industrial das Coisas – Todo o conjunto de informações que tem como objetivo digitalizar a indústria, usando todos os ativos de planta, permitindo a Virtualização da Produção em todos os seus aspectos;
  • Big Data – o sistema de dados que unirá todas as informações, de alto volume, variedade e velocidade, onde através de modelos de mineração e/ou aprendizado de máquina, poderemos tomar decisões em todos os níveis, verticais e horizontais na indústria, reduzindo toda a latência, erros, desperdícios, riscos no processo produtivo.

Abaixo uma lista dos conteúdos apresentados, não é objetivo deste texto detalhar cada item:

INTRODUÇÃO A INDÚSTRIA 4.0

  • Conceitos
  • Tecnologias
  • A indústria 4.0
  • Como ser preparar
  • Acontece no Mundo
  • Desafios
  • Mudanças no mercado de trabalho
  • Impactos na indústria

INFRAESTRUTURA

  • Conceitos
  • Infraestrutura
  • Ethernet Industrial
  • Tecnologias de infraestrutura para Indústria 4.0
  • Convergência de sistemas – TO e TI

CIBERSEGURANÇA

  • Entendendo
  • Conceitos
  • Infraestrutura crítica
  • Ataques
  • Redes industriais
  • Norma ISA-99
  • Defesa
  • Soluções
  • Forense

IIoT INTERNET INDUSTRIAL DAS COISAS

  • Nova economia
  • Visão geral
  • Conceitos
  • Tecnologias
  • Cloud – Computação nas Nuvens
  • IPV6
  • OPC-UA
  • RFID
  • Digitalização
  • Impactos

BIG DATA

  • Conceitos
  • Tecnologias
  • Mineração de dados
  • Machine learning (Aprendizado de Máquina)
  • Tomada de decisões
  • Na automação (operação e manutenção)
  • Soluções de mercado

Para aplicações práticas, sugerimos a seguinte estrutura:

  • ANÁLISE – Analisando um Projeto: capacidade de analisar um projeto existente e propor mudanças e melhorias;
  • PROJETO – Projetando um Sistema: elaborar um projeto conceitual e aplicar as tecnologias para resultar em aderência a Indústria 4.0;
  • FUNCIONAMENTO – Entender o Sistema: conhecer o funcionamento de Hardwares e Softwares que compõem os aspectos da Indústria 4.0;
  • PESQUISA – Mais Estudos: complementar conhecimento através de pesquisas sobre impactos e novas tecnologias.

Como sugestão de TCC Trabalho de Conclusão de Curso, listamos abaixo o contexto, onde com isso, espera-se contribuir para o conhecimento do aluno, envolvendo empresas, comunidade científica e usuários empresas, sugestão de linhas de estudo:

  • Escrever o projeto demonstrando os impactos, antes e depois da Indústria 4.0 em uma planta existente;
  • Escrever um projeto de implantação de um sistema novo, demonstrando o que se espera, dentro da aderência;
  • Escrever sobre a alteração Cultural, Pessoas e Processos, no planejamento e implantação de uma planta aderente a indústria 4.0.

Compartilhem duas experiências de ensino nesta área conosco, isso ajudará profissionais de ensino a montar conteúdos e entender todo este desafio.


Apresentamos abaixo um proposta real aplicada no Ensino da Indústria 4.0, trata-se de um conteúdo referente a uma Disciplina, no qual foi incorporada em um Curso de Pós-Graduação de Engenharia.

MÓDULO I – INTRODUÇÃO A INDÚSTRIA 4.0

VÍDEOS RECOMENDADOS:

MATERIAL COMPLEMENTAR DE ESTUDOS <BAIXAR>

  1. A Quarta Revolução Industrial
  2. Indústria 4.0 – FEIMEC 2016
  3. Indústria 4.0 – Guia da Alemanha
  4. Internet Industrial – GE

ANALISANDO UM PROJETO

OBJETIVO: A PARTIR DA ANÁLISE DO PROJETO, IDENTIFIQUE E COMENTE OS SEGUINTES TÓPICOS:

  1. Qual sua visão de nível de AUTOMAÇÃO desta planta? Está em um bom nível para avançar para a Indústria 4.0? Você sugere mais implementação? Quais?
  2. Qual sua visão de nível de OTIMIZAÇÃO desta planta? Está em um bom nível para avançar para a Indústria 4.0? Você sugere mais implementação? Quais?
  3. Qual sua visão de nível de CONVERGÊNCIA desta planta? Está em um bom nível para avançar para a Indústria 4.0? Você sugere mais implementação? Quais?
  4. Na análise desta planta, comente sobre sua visão a respeito de INTEROPERABILIDADE, FLEXIBILIDADE E DESCENTRALIZAÇÃO desta automação, como é e como poderia ser feito, considerando aspectos da INDÚSTRIA 4.0.

CRIANDO UM PROJETO CONCEITUAL

OBJETIVO: PROJETAR UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO CONCEITUAL, BASEADO NOS PILARES DA INDÚSTRIA 4.0 – ANALISE O ESCOPO DO PROJETO E DEFINA UMA ARQUITETURA QUE CONTEMPLE:

  1. Rede baseada em Ethernet e Wireless
  2. Aquisição de Dados com uso de IIoT
  3. Controle Descentralizado
  4. Uso de Virtualização a partir de Dados Digitais
  5. Sistema de Operação baseado em Machine Learning (Cloud e BigData)
  6. Sistema de Manutenção baseado em Condições e Acesso Remoto
  7. Uso de RFID para Rastreabilidade de Produção
  8. Neste contexto, estruture o Projeto, para que a Fábrica tenha Características de Interoperabilidade, Flexibilidade e Descentralização.

TEXTO PESQUISA COMPLEMENTAR:

Pesquise TEORIA U – Otto Scharmer, analise o enfoque do pesquisador e descreva sua visão sobre as mudanças que devam ocorrer na Sociedade 4.0, para que tenhamos os benefícios da 4ª Revolução Industrial.

MÓDULO II – INFRAESTRUTURA E CONVERGÊNCIA

VÍDEOS RECOMENDADOS:

MATERIAL COMPLEMENTAR DE ESTUDOS <BAIXAR>

  1. Cabeamento Estruturado
  2. Convergência da Informação
  3. Ethernet Industrial
  4. Gerenciamento de Informações na Indústria

ANALISANDO UM PROJETO

OBJETIVO: A PARTIR DA ANÁLISE DO PROJETO, IDENTIFIQUE E COMENTE OS SEGUINTES TÓPICOS:

  1. Identifique no projeto os componentes de infraestrutura de automação, comente melhorias no projeto ou observações importantes referentes a boas práticas;
  2. Comente sobre a Rede Ethernet do projeto, comente sobre as camadas dos Switches e sobre os protocolos de trabalho do sistema;
  3. Analisando o projeto, comente sobre a questão da convergência, sugira um redesenho da rede, afim de permitir a convergência de todas as informações de planta;
  4. Utilize das tecnologias da Indústria 4.0 para elaborar uma convergência de informações, que seja Interoperável, Flexível e Descentralizada.

OBJETIVO: PROJETAR UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO CONCEITUAL, BASEADO NOS PILARES DA INDÚSTRIA 4.0 – ANALISE O ESCOPO DO PROJETO E DEFINA UMA ARQUITETURA QUE CONTEMPLE:

  1. Infraestrutura de Rede de Informática Industrial – componentes de Hardware e Software;
  2. Projeto de uma Rede Ethernet Industrial, com camadas de informação e definição a respeito do Protocolo;
  3. Projeto de Convergência dos sinais de informação da Planta, o sistema deve utilizar de tecnologias da Indústria 4.0, permitindo um sistema Interoperável, Flexível e Descentralizado.

TEXTO PESQUISA COMPLEMENTAR:

Faça uma pesquisa e descreva as barreiras culturais na utilização de automação e informatização para controle operacional, o foco é o operador que já trabalha na planta há mais de 10 anos e não se atualizou com as novas tecnologias e trace um paralelo com os jovens que já se habituaram ao smartphones e tecnologias da informação, como será o controle operacional na época de trabalho deles.

MÓDULO III – CIBERSEGURANÇA

VÍDEOS RECOMENDADOS:

MATERIAL COMPLEMENTAR DE ESTUDOS <BAIXAR>

  1. Segurança em Redes de Computadores
  2. Cibersegurança em Planta de Tratamento de Água
  3. Análise de Instrusão de Redes
  4. Cybersecurity for Industrial Control

ANALISANDO UM PROJETO

OBJETIVO: A PARTIR DA ANÁLISE DO PROJETO, IDENTIFIQUE E COMENTE OS SEGUINTES TÓPICOS:

  1. Identifique na arquitetura de automação apresentada, os principais pontos de vulnerabilidade de ataques cibernéticos;
  2. Quais as principais perguntas que faria para o responsável por este projeto, quanto a segurança do sistema, tanto físico e lógico do site;
  3. Se for perguntado sobre a queda de velocidade de comunicação da rede, utilizando firewalls, como você montaria um arranjo seguro, entendendo que não poderia colocar um limitador de velocidade entre pontos críticos.

OBJETIVO: PROJETAR UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO CONCEITUAL, BASEADO NOS PILARES DA INDÚSTRIA 4.0 – ANALISE O ESCOPO DO PROJETO E DEFINA UMA ARQUITETURA QUE CONTEMPLE:

  1. Coloque na arquitetura proposta o mínimo de solução em hardware para proteção contra invasão cibernética e pontue o que foi levado em consideração e porque;
  2. Faça uma lista de verificação dos pontos de acesso do site, focado em permissões e perímetro físico, afim de proteger a planta, sugira ações;
  3. Estruture no sistema, uma ferramenta de gerencie e grave as informações de tráfego de dados e alterações de informações na planta, comente.

TEXTO PESQUISA COMPLEMENTAR:

Faça uma pesquisa sobre invasões de sistemas de automação no Brasil, pontue os principais problemas e porque vêem crescendo estes tipos de ataques. Comente sobre as principais relevâncias que devem ser colocadas como prioritárias nos projetos de automação, tanto legados como novos sistemas em plantas industriais.

MÓDULO IV – IIoT – INTERNET INDUSTRIAL DAS COISAS

VÍDEOS RECOMENDADOS:

MATERIAL COMPLEMENTAR DE ESTUDOS <BAIXAR>

  1. Internet das Coisas
  2. IoT A Próximas Evolução
  3. Gibi da Internet das Coisas
  4. IIoT Industrial Internet

ANALISANDO UM PROJETO

OBJETIVO: A PARTIR DA ANÁLISE DO PROJETO, IDENTIFIQUE E COMENTE OS SEGUINTES TÓPICOS:

  1. Identifique na arquitetura de automação e no descritivo de processo, pontos que devem ser digitalizados (através de Hardware) para serem enviado ao Cloud;
  2. Faça uma análise das redes, administrativa, manutenção e de logística e crie as tabelas de IIoT para comporem a digitalização da planta produtiva;
  3. Mude o modelo através de comentários a respeito da arquitetura de automação da planta, comente sobre os impactos sugeridos em relação a produção, operação e manutenção usando IIoT.

OBJETIVO: PROJETAR UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO CONCEITUAL, BASEADO NOS PILARES DA INDÚSTRIA 4.0 – ANALISE O ESCOPO DO PROJETO E DEFINA UMA ARQUITETURA QUE CONTEMPLE:

  1. Monte a arquitetura de automação do descritivo e coloque a camada de digitalização de IIoT como complemento de informação;
  2. Relacione a convergência das redes a fim de digitalizar as redes de informação da planta;
  3. Conecte a cadeia de suprimentos com foco no fornecimento agrícola, crie uma camada de conectividade para este tipo de fornecimento logístico.

TEXTO PESQUISA COMPLEMENTAR:

Faça uma pesquisa ( https://www.youtube.com/watch?v=b29elc6zOIA) sobre os Protocolos de comunicação para IoT e IIoT, comente as camadas de aplicação para integrar informações de equipamentos no Cloud e comente sobre as questões de Cibersegurança para esta camada de aplicação, aponte caminhos e soluções práticas para uso aberto destas informações, tanto cabeados quanto em redes WiFi.

MÓDULO V – BIG DATA NA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

VÍDEOS RECOMENDADOS:

MATERIAL COMPLEMENTAR DE ESTUDOS <BAIXAR>

  1. Big Data for Dummies
  2. Desbloqueando Valor no Big Data – CIsco
  3. Rules Based System for Big Data
  4. Big Data Desafios e Oportunidades

ANALISANDO UM PROJETO

OBJETIVO: A PARTIR DA ANÁLISE DO PROJETO, IDENTIFIQUE E COMENTE OS SEGUINTES TÓPICOS:

  1. Analise a arquitetura da automação e comente a infraestrutura de comunicação, com objetivo de implantar um sistema de Big Data na Produção;
  2. Analise as redes disponíveis, administração, manutenção e incorpore na infraestrutura, de como a convergir no Big Data;
  3. Faça perguntas do processo, de modo a compreender caminhos para tomada de decisões, usando ferramentas de Mineração de Dados e/ou Learning Machine.

OBJETIVO: PROJETAR UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO CONCEITUAL, BASEADO NOS PILARES DA INDÚSTRIA 4.0 – ANALISE O ESCOPO DO PROJETO E DEFINA UMA ARQUITETURA QUE CONTEMPLE:

  1. Estruture o projeto de automação, de acordo com uma arquitetura para receber dados e criar uma infraestrutura para uso de Big Data;
  2. Faça uma análise de impacto na operação e manutenção, a partir do projeto de Big Data sugerido, com mudanças de padrões de operação e procedimentos de manutenção;
  3. Descreva um pequeno modelo de Machine Learning, a partir da aquisição de dados e modelagem do sistema de gerenciamento de ativos, de modo a enviar uma ordem de manutenção de uma válvula inteligente para o técnico responsável e informações para o operador.

TEXTO PESQUISA COMPLEMENTAR:

Faça uma pesquisa sobre o impacto do uso no Machine Learning nas operações industriais, como foco no desemprego tecnológico e as mudanças no perfil dos operadores e técnicos de manutenção da Indústria 4.0.

Uma ideia sobre “O ENSINO DA INDÚSTRIA 4.0

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