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INDÚSTRIA 4.0 – PROJETO E IMPLANTAÇÃO

Diretrizes de Projeto e Implantação da Digitalização da Produção de Acordo com a Indústria 4.0

Neste texto vamos falar sobre a implantação de projetos de Automação Industrial aderentes a Indústria 4.0, importante saber que, não estamos querendo postular um modelo, mas sim, apresentar uma proposta, um singelo roteiro de visões sobre as tecnologias que se encontram disponíveis e principalmente, o que poderia ser exequível nas plantas existentes.

Para se chegar a uma planta digital, nos moldes da proposta da Indústria 4.0, utilizando todas as tecnologias existentes, é necessário percorrer um caminho inicial, pois sem um preparo, não poderemos implantar as tecnologias propostas no contexto da indústria digital, são os seguintes passos abaixo que propomos:

  • Passo 1 – Entenda o conceito da Indústria 4.0 e seus impactos;
  • Passo 2 – Analise a automação existente em sua planta;
  • Passo 3 – Otimize o processo existente;
  • Passo 4 – Faça a convergência de dados de sua cadeia produtiva;
  • Passo 5 – Implante as ferramentas da Indústria 4.0 (redesenhe seus processos).

Para delimitar nosso tema a respeito de projeto e implantação da Indústria 4.0, vamos entender:

  • Como repensar um ambiente de produção com ferramentas digitais;
  • Como obter vantagem no negócio com um modelo de tecnologia baseado na Indústria 4.0;
  • Como usar as tecnologias atuais e integrar a planta de produção no negócio digital.

Quando se entende a necessidade de buscar modelos de implantação da planta digital, normalmente temos alguns cenários conhecidos:

  • Tenho uma produção e necessito colocar o nível de produção aderente a Indústria 4.0;
  • Quais ferramentas já posso utilizar e qual a utilidade no novo modelo de produção digital;
  • Como alterar uma cultura de produção para um novo modelo, desde planejamento até operação.

O modelo produtivo evoluiu ao longo do tempo, alterando o perfil da produção, que no início, só se tinha a visão da planta local e seu processo unitário, com a automação e redes de informação, passamos a conectar o planejamento e gestão na produção, tendo um contexto maior da planta, mas ainda limitado ao processo local, com a Indústria 4.0 e as redes convergentes, o modelo produtivo, passa a ser o próprio modelo de negócios, uma vez que a conexão é de toda cadeia produtiva que orbita no ecossistema da empresa.

Para trilhar a implantação da Indústria 4.0 nos processos produtivos, temos alguns desafios que são comuns para uma análise:

  • Como atualizar uma planta produtiva existente de acordo com um modelo da Indústria 4.0;
  • Como gerar valor no negócio a partir de um novo modelo de planejamento e gestão produtivo;
  • Como incorporar novas tecnologias de produção e planejamento, com objetivo de aumentar receita e diminuir custos.

Um projeto de automação que tenha as premissas da Indústria 4.0, deve se encaixar nos quadrantes da tecnologia, que propomos a observar:

  • Conhecimento da Plata (informação);
  • Produtividade (eficiência produtiva);
  • Decisões (diagnósticos e prognósticos);
  • Novos formatos (oportunidades de negócio);

A automação industrial dos projetos atuais, devem ter as seguintes diretrizes abaixo, uma vez que estes sistemas devem dar as respostas a indústria digital:

  • Permitir novas formas de fazer negócios;
  • Eliminar ao máximo o desperdício e o erro;
  • Permitir customização e personalização da produção.

As principais características da Indústria 4.0 é ser colaborativa, preditiva e inteligente, para isso, sua arquitetura de produção deve ser, interoperável, flexível e descentralizada, com impactos diretos na escala produtiva, mão de obra e tomada de decisões.

Para os projetos de automação industrial, devemos utilizar as tecnologias da Indústria 4.0, talvez uma mais aderente que a outra, a depender do processo produtivo a que se refere, porém é bom listar as principais:

  • Redes de comunicação
  • Cibersegurança
  • IOT internet industrial
  • Cloud Computing
  • Big Data
  • Mineração de dados
  • Aprendizado de máquina
  • Virtualização (digitalização)
  • Realidade aumentada
  • Gêmeos digitais
  • SOA
  • OPC-UA
  • RFID
  • Produção por adição
  • Drones
  • Robôs

Como dever ser a planta da Indústria 4.0 e o que deve ser levado em consideração no contexto de projeto e implantação:

  • A planta deve ser interoperável – todo sistema se comunica;
  • Deve permitir virtualização – do planejamento a manutenção;
  • Deve ser flexível, modular e descentralizada;
  • Utilizar banco de dados em formato Big Data e em Cloud;
  • Utilizar modelos decisórios baseado em análise de dados;
  • Estar estruturada com sistemas de Cibersegurança.

A questão da interconexão, deve levar em consideração particularidades de cada setor, sistema, departamento, ou fornecedores, internos ou externos, que participem do processo produtivo e, devem ser observados que cada agente deste, deve estar conectado a um sistema de Cloud, que permita produzir informações de forma a unir no ecossistema, e o Big Data, absorverá todas estas informações, permitindo modelagem de dados para tomada de decisões.

A Indústria 4.0, em processos dinâmicos, que necessitem de customização em massa, devem ter sistemas de automação descentralizados, que controle células locais e respondam a processos centrais, sendo um arranjo de automação altamente flexível, que permita interconexão e mudanças rápidas na produção, além de sistema de segurança que monitore todo o processo em rede.

Na utilização das tecnologias, as principais diretrizes que temos que ver, no que se refere a aplicação, devemos levar em consideração de forma prática:

  • Conectar todas as informações (automação, IoT, IIoT, banco de dados);
  • Usar Cloud e Big Data para centralizar e analisar dados;
  • Usar mineração de dados para eliminar decisões intermediárias, focando o gestor;
  • Usar aprendizado de máquina para operar o sistema, fazendo do operador um supervisor de processo;
  • Usar predição (analisador de causas), criando prognóstico em produção e manutenção.

As tecnologias da Indústria 4.0, permeiam uma grade de projetos, todavia não necessariamente usaremos todos os elementos, ou pelo menos, devemos entender o que são rotas de dados para o usuário, por exemplo, o dado iniciando pelo processo, pode seguir uma rota de cibersegurança e IoT diretamente para a operação, não necessariamente sendo analisado no Big Data, deve-se construir as rotas de acordo com cada processo.

Abaixo sugerimos a observação das principais diretrizes para projetos de sistemas para Indústria 4.0:

  • Instrumentação e medição

Use redes Ethernet e redes Wireless – adote protocolos industriais baseado em Ethernet e integre o IoT Industrial;

  • Controle

Descentralize o máximo o controle, isso dará flexibilidade da produção, use microcontroles e controladores centrais de comunicando e conecte no Cloud;

  • Infraestrutura

Use ferramentas de virtualização, cloud computing e gestão do sistema via outsourcing;

  • Operação

Use dispositivos móveis, crie aplicativos de alta integração, evolua no uso do deep learning para apoio da operação;

  • Manutenção

Use modelos de manutenção baseado em eventos, conecte dados no cloud e use prognósticos de ativos e acesso remoto;

  • Gestão da Produção

Conecte os dados da produção, conecte ativos pela IoT e sistemas pela IIoT, use o Big Data;

  • Apoio a tomada de decisões

Conecte os dados da cadeia de produção no Big Data e use ferramentas de Mineração de Dados e Machine Learning.

Utilize serviços de Cloud Computing, onde estas plataformas são utilizadas e pagas como serviços, tais como, IBM BlueMix, Google Cloud Platform, Microsoft Azure, Amazon AWS, com as principais características:

  • Armazenagem de dados;
  • Máquinas virtuais;
  • Processamento sob demanda;
  • Segurança de dados;
  • Mineração de dados;
  • Aprendizagem de máquina;

Crie uma estrutura de conectividade, que permita que os dados internos de produção trafeguem pelas redes, use gateways e servidores OPC, use sistemas de roteamento de dados para conexão ao Cloud, crie modelos de gestão, manutenção, planejamento e automação, dentro do ecossistema.

Elabore uma arquitetura de automação que contemple todos os agentes produtivos da indústria, pense no negócio como um todo e como ele se relaciona, conecte todas as tecnologias disponíveis e crie os webservices, para que seja produzido e consumido informações dentro desta arquitetura.

A implantação de um modelo de Indústria 4.0 é uma mudança cultural de produção, é a própria fábrica digital para um novo modelo industrial, necessitando de liderança transformativa na indústria, sendo liderada por uma geração digital de profissionais que entenda o valor da mudança, liderada pelo CEO, líderes da transformação e composta por equipes também líderes e polivalentes, seguindo os principais passos como sugestão de implantação:

  • Passo 1 – Aplique Lean Manufactoring e indicadores de gestão e eficiência OEE;
  • Passo 2 – Identifique na produção o processo de maior integração – faça um piloto;
  • Passo 3 – Defina sua capacidade produtiva – crie modelos de tomada de decisões (Big Data);
  • Passo 4 – Aplique convergência e Machine Learning – elimine operações no processo;
  • Passo 5 – Escale o processo – integre setores – replique o modelo.

Passamos abaixo, alguns pontos importantes para serem observados na implantação:

  • Análise do status atual de automação (dados) de planta;
  • Análise do status atual de operação, manutenção e planejamento;
  • Identificação de pontos, operação e ações de otimização (ativos de planta, ponto de operação e segurança operacional);
  • Desenho da convergência de dados e informações da planta (infraestrutura);
  • Análise e projeto do sistema de cibersegurança (TO e TI)
  • Projeto de digitalização – complemento de IOT e dados externos (PCP, MES,MOM) – modelo de tomada de decisões;
  • Redesenho:
    • Tomada de decisões na gestão da planta;
    • Ações de controle ótimo;
    • Prognósticos de manutenção.
  • Treinamento

Relacionamos abaixo os principais benefícios esperados com a implantação de um roteiro para preparar a planta para a Indústria 4.0:

  • Iniciar a jornada pela Indústria 4.0 e se adequar ao futuro da Manufatura e Processos;
  • Obter novas oportunidades de conectar a fábrica aos consumidores e processos de inovação;
  • Gerenciar receita e custos, baseado em status de tempo real e prognósticos de cenários;
  • Diminuir tempo de tomada de decisões, diminuir erros de operação e integrar planejamento e qualidade da produção em tempo real;
  • Aumento de portfólio de oportunidades de negócios, com uma fábrica flexível, integrada e descentralizada.

Concluímos que projeto e implantação da Indústria 4.0, ainda estão no início de uma curva de maturidade, ainda que já haja tecnologia disponível, todavia, a questão é “saber” unir todos os pontos (universo cibernético) e mudar uma cultura de produção, de forma a obter vantagens competitivas em um mundo altamente digital e dinâmico.

BIG DATA NA INDÚSTRIA 4.0

Banco de Dados em Cloud para Tomada de Decisões na Automação Industrial

As principais caracterizações da Indústria 4.0, isto é, a Manufatura e Processo Digital, é permitir a Customização em Massa e a Massificação da Personalização na linha de produção, e, para que isso seja possível, um novo modelo de tomada de decisões entra em cena, a conexão completa e total do Processo Produtivo, através da IoT Internet das Coisas e a IIoT Internet Industrial das Coisas, permitindo a aquisição de dados de uma forma nunca antes visto, com dados em alto Volume, alta Velocidade e grade Variedade, devendo neste caso, serem analisados através de um Big Data, entregando uma estrutura de Tomada de Decisões, em tempo real e sem intermediários, além de possibilitar ações autônomas no processo, sem interferência humana, através do aprendizado de máquina.

Por analogia, nossos textos anteriores, explicamos que a construção das rodovias (redes), colocação de sinalização (cibersegurança), interconexão de elementos e serviços (IoT), levarão estas informações a um grande sistema de análise de dados (Big Data), onde o resultado final, é apontar os melhores caminhos, dentro deste ecossistema produtivo.

Desta forma, vamos delimitar nosso tema, dentro da visão da automação industrial, e escrever sobre:

  • Como unir das informações da produção e cadeia logística para tomada de decisões;
  • Como funcionam os sistemas de armazenagem e tomada de decisões em Cloud;
  • Qual o conceito de Mineração de Dados e Aprendizagem de Máquina (Machine Learning).

Em relação aos cenários encontrados para utilização do Big Data na Indústria 4.0, podemos deparar com as seguintes situações comuns, que nos levam aos seguintes questionamentos:

  • Como entender melhor minha produção e cadeia de fornecimento e melhorar meu planejamento e controle produtivo;
  • Como entender o funcionamento da planta no aspecto manutenção de modo a estruturar um sistema de prognóstico industrial;
  • Como utilizar recursos de Machine Learning para servir de apoio a tomada de decisões na operação.

A evolução nas tomadas de decisões na indústria, mostram que no início, os primeiros controles apenas apoiavam a tomada de decisões do operador, uma vez que ele é quem tinha o conhecimento do processo e atuava diretamente, todo o conhecimento era dele, com a evolução das redes, podemos agora gravar estes dados, analisá-los, e tomar decisões baseado em informações e análise local do processo, ainda é necessário o conhecimento do operador e sua experiência no processo, todavia, as indústrias estão vivendo uma grande questão que é a grade capacidade de aquisição e armazenamento de dados, que há existe, mas não sabem o que fazer com todas estas informações, agora, com a Indústria 4.0, o Big Data dá um novo formato a estas informações através das redes convergentes, o sistema aprende conforme o processo ocorre, não há o meio da informação e o resultado é a tomada de decisões em tempo real, com dados relacionados fora no processo local, enxergando toda a cadeia de produção e do negócio.

Quando pensamos na colocação destes dados no Big Data, muitos são os desafios, podemos eleger alguns que são comuns neste tipo de projeto e implantação, que nos fazem questionar:

  • Como levar dados da unidade produtiva para um sistema de Cloud Computing e usar um Big Data;
  • Como criar modelos de Big Data para apoio em tomada de decisões, tanto em planejamento, como em Operação e Manutenção;
  • Como repensar a unidade produtiva a partir de dados e decisões que são aprendidas de acordo com as operações reais.

O objetivo de toda esta tecnologia e sua evolução é a tomada de decisões na planta produtiva, mas, isso já é existente, mas como ocorre hoje de forma geral?

  • A todo momento, tomamos decisões;
  • Os gestores têm a função de tomar decisões;
  • Os gestores intermediários, consolidam dados para outros gestores tomarem decisões;
  • As vezes estas decisões são programadas a partir de ferramentas de gestão;
  • Outra vezes ocorrem de situações não previstas, baseado em dados existente e expertise.

A estrutura decisória de uma indústria hoje, segue uma regra muito parecida, nos setores há os procedimentos de produção e os líderes de processo, os supervisores de produção, consolidam dados destes setores, analisam de forma intermediária de acordo com o planejado e enviam informações em forma de desvios, ações ou tarefas para os seus gerentes, que por sua vez, entregam estas informações aos diretores, em forma de metas, resultados ou soluções de problemas encontrados durante a produção.

Vamos entender então, como seria uma estrutura decisória da Indústria 4.0, para isso, vamos conceituar o Big Data, que nada mais é, do que um sistema de armazenamento de dados, estruturados ou não, que tenham (necessariamente os três), Volume, Velocidade e Variedade destas informações, que permitam, através de modelagem, entregar resultados, baseado em estatística, mineração e aprendizado, de acordo com as ferramentas disponíveis na sua plataforma, interagindo com o homem ou com a máquina.

Desta forma, podemos entender uma nova forma de estrutura decisória na indústria, onde os setores, subsetores, departamentos e toda a cadeia produtiva, esteja conectada a um Cloud de serviços, isto é, na Internet, dentro de uma plataforma, onde este sistema grava todos os dados e, dentro deste Big Data, podemos fazer todas as ações intermediárias, análise de dados, cenários, projeções, planejamento, análise de qualidade, prognóstico, tudo que permita, na ponta, para a direção, tomar decisões, e, até mesmo, permitir as ações automáticas no processo, utilizando o aprendizado de máquina.

O Big Data então, é um serviço dentro da Indústria 4.0, compondo um cibersistema, onde é necessário a aquisição de todos os dados da indústria e serem levados a esta plataforma em Cloud, utilizar ferramentas mineração de dados, aprendizado de máquinas e outras e criar um framework de resultados, com KPI, sistemas de decisões e M2M.

Na utilização do Big Data na indústria, como um novo modelo de tomada de decisões, são esperados diversos benefícios, entre eles, podemos destacar:

  • Diminuição de operadores – o sistema tomará decisões – operações de melhor desempenho, segurança de planta e economia de energia;
  • Fim do planejamento reativo – o sistema que será virtualizado, realimentará o processo que sempre estará em tempo real dos indicadores para tomada de decisões (mineração);
  • Todo o sistema será preditivo – manutenção, risco e aproveitamento (mineração) e atuará no processo como conhecimento (Machine Learning).

Apesar de estarmos falando em Indústria 4.0, algumas indústrias ainda tomam decisões baseadas em informações empíricas e de experiencia operacional, porém é de grande importância entender o valor de um sistema de apoio a tomada de decisões, pois este sistema permitirá saber:

  • Quando ocorre algo na planta diferente do esperado ou planejado – então eu tenho um problema e preciso fazer uma correção (decidir);
  • Quando há uma circunstância na planta que me permite ter uma oportunidade de ultrapassar meu objetivo planejado, elevando uma meta de produção ou redução de custos.

O Big Data pode ser programado para diversas funções de análise de dados, na indústria podemos usá-lo para as principais funções:

  • Tomada de decisões – as informações analisadas, darão um resultado baseado em cenários e do comportamento de toda a cadeia produtiva, apoiando diretamente os gestores da planta;
  • Aprendizado de máquina – as informações do processo são aprendidas, e levam a atuação diretamente nas ações de planta, por exemplo, através de M2M;
  • Prognóstico – as informações analisam todos o comportamento causal das variáveis, deixamos de tomar ações baseado em diagnóstico que emite o efeito, e o sistema faz uma análise de cenários e comportamentos.

Dentro de uma plataforma de Big Data há diversos serviços disponíveis para análise de dados para tomada de decisões, os princípios fundamentais são:

  • Mineração de Dados – são modelos de análise de alto nível de abstração de dados, onde a informação não é conhecida, o sistema retorna por cenários e probabilidades, apoiando o tomador de decisões, sendo:
    • Quando você quer uma informação, mas ela é desconhecida, alto nível de abstração;
    • São usados ferramentas de estatística dentro do banco de dados, pela dinâmica da informação o sistema propõe um resultado;
    • Exemplo de uso, identificação de rosto, elementos na produção, probabilidade de decisões.
  • Aprendizado de Máquina – (Machine Learning) – são modelos que se baseiam em informações conhecida ou processo definido, o sistema aquisita e acumula dados analisando o comportamento, com isso aprende dentro de uma curva de tempo, entregando resultados de forma automática e replicante, sendo:
    • Quando você tem uma informação conhecida, isto é, você sabe o comportamento do resultado;
    • O sistema é programado e grava as informações (acumula aprendizado), analisa o comportamento e vai criando resultados típico;
    • A expertise é transferida para o sistema, ele aprende e melhora a tomada de decisões, pode replicar e tomar ação autônoma;
    • Exemplo, carros autônomos, controle de produção automático e flexível com rearranjo.

O Big Data é um serviço, normalmente uma plataforma que permite, desde a conexão das informações com o mundo físico, até toda a modelagem, exemplos de serviços, IBM BlueMix, Google Cloud Plataform, Microsoft Azure, Amazon Web Service, que tem as seguintes características:

  • Paga-se pelo “consumo” do processamento;
  • Não tem infraestrutura local;
  • Inicia com dispositivos iniciais e escala a aplicação, crescendo de acordo com necessidade;
  • Não interfere na operação local, apenas acrescenta funções;
  • Tecnologia que agrega a decisão (humana ou de máquina);
  • Pode ser criado na infraestrutura da própria empresa com seus próprios modelos.

Uma arquitetura hoje, para automação industrial, que tenha aderência a Indústria 4.0, é a gravação de dados no Big Data, que permita o apoio a tomada de decisões para gestão da produção, gerenciamento de manutenção, gerenciamento de ativos, gerenciamento de alarmes, assistência técnica no consumidor final, gestão logística, entre outros.

Uma dúvida que ocorre normalmente nas aplicações atuais, sobre sempre usar Cloud e Big Data, podemos comentar as principais, quando se questiona a necessidade de seu uso:

  • Enviar dados para Cloud facilita uso de ferramentas disponíveis para análise de dados e criação de indicadores para acesso remoto;
  • Caso os seus dados não tenham juntos (volume, velocidade e variedade) que caracteriza um Big Data, não é necessário adotar este modelo, um sistema em Cloud de armazenamento e modelagem atende o projeto;
  • Usar infraestrutura e plataformas de serviços (Azure, AWS, BlueMix) simplificam aplicação e seus custos são baseados em serviços, mas não impede que uma empresa “monte” seu próprio sistema de análise.

Concluímos que o Big Data na Indústria 4.0 gera o principal impacto esperado com esta revolução, que é o tempo e o erro, mudando a forma de lidar com as tomadas de decisões, desde situações de exploração na produção, com vistas a melhorias, até o controle do processo via função de Machine Learning de forma autônoma.

IoT INTERNET DAS COISAS NA INDÚSTRIA 4.0

Digitalização de Dados de Dispositivos e Aplicações na Automação Industrial

A digitalização de dados de máquinas, processos e dispositivos, complementam a camada operacional de uma planta industrial, a tecnologia IoT Internet das Coisas, como é conhecida, é a técnica que permite conectar informações em geral de dispositivos na Internet (Cloud – Nuvem), isto possibilita, dentro da Indústria 4.0, a interconexão de dados e sistemas, permitindo formar o ecossistema cibernético, onde conseguimos obter a interoperação completa e total da planta industrial, onde podemos chamá-la de planta digital.

Vamos entender através de nossa analogia já estudada a questão das rodovias, como já construímos as vias (infraestrutura), colocamos sinalização e procedimentos de tráfego (cibersegurança), agora como permitir com que todos os elementos ao redor desta rodovia (cadeia produtiva), possa trocar informações entre si, criando um ambiente digital, impactando novos formatos de produção, desde o planejamento a logística, passando pela produção e qualidade, com isso, vamos falar sobre:

  • Como criar uma camada de digitalização do processo produtivo – IoT;
  • Como conectar a cadeia de fornecimento, complementando a interconexão da indústria – IIoT;
  • Quais ferramentas de gestão operam no nível de digitalização da produção.

Quando pensamos em digitalizar a produção industrial, termo este que é usado na camada da Indústria 4.0, temos diversos cenários, abaixo listamos alguns que ocorrem e merecem nossa atenção:

  • Em uma unidade produtiva, é necessário digitalizar os movimentos dos ativos para planejamento e controle da qualidade;
  • Para apoiar o setor de manutenção, a digitalização de todos elementos ativos, documentos e cenários, permitem o prognóstico de planta;
  • A interconexão de logística, fornecedores, suprimentos, agrícola na rede industrial, permite gestão em tempo real para produção.

Na evolução da informação digital das plantas produtivas, temos a época que na verdade o dado nem mesmo era digital, somente havia a informação e esta era analógica, depois houve a evolução dos dispositivo, mas continuava com o foco local, após esta fase, temos com as redes locais, a possibilidade de verticalizar dados, que são digitais, trocando informações do chão de fábrica, planejamento e administração com a TI, todavia, com foco apenas nos sistemas que permitiam esta função, mas a Indústria 4.0, necessita de uma outra camada, para que de fato tenhamos uma produção digital, desta forma, os ativos, sistemas e subsistemas da cadeia produtiva, devem complementar as informações de toda a unidade industrial, através da convergência de todas as redes.

Para digitalização de dados da indústria, temos diversos desafios, podemos eleger alguns comuns para que seja pensado na implantação da solução:

  • Como criar uma rede de informações complementar na produção que permita planejar e monitorar a produção e manutenção em tempo real;
  • Como conectar redes independentes, tais como, logística, fornecedores, laboratórios e unir nas redes industrias;
  • Como estabelecer padronização e segurança da informação nas redes de IoT na indústria.

O conceito da informação digital no contexto da Indústria 4.0, é que este dado, deve ser de todos os ativos e sistemas (todas as coisas), deve estar em qualquer lugar e permitir a conexão com esta informação a qualquer hora.

A IoT Internet das Coisas, surge como a ideia de conectar qualquer dispositivo que gere informações e possa se conectar a um serviço de cloud, isso pode estar em qualquer âmbito, casa, hospitalar, esportes, entre outros. A IIoT Internet Industrial das Coisas, foi a evolução das informações da cadeia produtiva, com o mesmo conceito de IoT, conectando estas informações via cloud, por exemplo.

É importante saber a diferença entre IoT e IIoT, sistemas que conectam coisas, complementam informações, normalmente somente produzem dados, pode ser usado em qualquer setor da indústria, por exemplo, para gerenciar ativos e analisar tendências de manutenção. A IIoT, forma uma camada crítica do processo produtivo, por exemplo, pode-se conectar diretamente um fornecedor de produto em tempo real na linha de produção, que analise a qualidade e uso de seu produto, outro exemplo, conectar a cadeia logística de entrada e saída de materiais e controlar a produção, em tempo real, no ponto ótimo de operação, isso passa a ser uma aplicação de produção e consumo de dados, com perfil crítico.

A utilização de IoT e IIoT, trazem benefícios as plantas produtivas, onde são esperados os seguintes ganhos abaixo:

  • Redução de operações ou paradas;
  • Melhoria do uso do ativo;
  • Redução de operações ou custo do ciclo do ativo;
  • Melhoria do uso do ativo – performance;
  • Melhoria da produção;
  • Aumento da rapidez na tomada de decisões;
  • Oportunidade para novos negócios;
  • Permitir venda ou compra de produtos como serviço.

A Indústria 4.0, propõe a fábrica digital, com isso, a premissa de se digitalizar todas as informações, pode levar a um questionamento sobre a razão e motivo de digitalizar tantos dados, que antes não estavam disponíveis em tempo real e agora, se fazem necessários, abaixo então, os motivos para se digitalizar estes dados através da IoT e IIoT:

  • Informação barata;
  • Transformar informação em inteligência;
  • Diminuir Expertise;
  • Diminuir risco de tomada de decisões;
  • Diminuição de operações;
  • Transparência de ações;
  • O executado é “aprendido”;
  • Eliminar o “meio”;
  • Eliminar erro e desperdício;
  • Ganho de tempo.

A camada de IoT e IIoT na indústria provocará um modelo de prognóstico, uma vez que a automação, que já existe, responde perguntas do que está acontecendo, o que aconteceu e porque aconteceu, mas esta camada digital, responderá perguntas tais como, o que irá acontecer, e, isso mudará a forma de operar e manter uma planta industrial.

Se as informações estão todas digitalizadas e há todos os meios (redes) para que trafeguem e troquem informações entre si, é esperado que se possa haver tomada de decisões não só entre operadores e máquinas, mas também entre máquina e máquina, isto chamamos de M2M, Machine to Machine.

Um item muito importante que deve ser levado em consideração para a digitalização da produção, são os RFID, os Sistemas de Identificação por Rádio Frequência, que em linhas gerais, permitem o rastreio total de todos elementos produtivos dentro da planta e fora dela, permitindo ações em tempo real (tempo e local), fazendo correções, agindo de forma antecipada e monitorando a qualidade no instante do movimento produtivo.

Com estas camadas digitais, construídas pela IoT e IIoT, podemos utilizar tecnologias de planejamento, qualidade e operação, de uma forma totalmente inovadora, a Virtualização é o planejamento produtivo totalmente digital, do projeto a produção, podendo trabalhar todos os cenários, mesmo antes da produção real acontecer. A Realidade Virtual a capacidade de trazer ao operador, planejador ou mantenedor, a informação da planta no local que ele está conseguindo ver e interagir no processo digital e recebendo a resposta no processo real, é a união máquina – homem.

As arquiteturas de sistemas de automação industrial, que tenham aderência a Indústria 4.0, devem prever, além das camadas já conhecidas do controle operacional e todo o arcabouço de controle, a camada de IoT e IIoT, onde vamos convergir todos estes dados em um Big Data, entregando possibilidades de controle operacional, com tomadas de decisões em formato de prognósticos e de com possibilidade de ações autônomas.

Sobre os protocolos que são usados, é importante saber que a IoT, como dissemos, normalmente somente produz dados e envia, o protocolo MQTT, é bem aceito para esta aplicação, todavia, para IIoT, é necessário unir dados críticos de ação em processo, com protocolos existentes, e na ponta, comunicando em OPC-UA, que é a tecnologia mais atual para atender as premissas da Indústria 4.0.

Os sistemas de IoT e IIoT, devem ser projetados e ter ferramentas de segurança de dados, com as seguintes camadas, que permitam trafegar do dado a informação dentro do sistema:

  • Dado;
  • Token (gerador randômico);
  • Zona de conexão;
  • Chave de acesso;
  • Encriptografia;
  • Autenticação;
  • Antivírus;
  • Firewall da rede.

Para implantar a camada digital de IoT e/ou IIoT na indústria, sugerimos as seguintes observações, que são comuns em projetos de digitalização para tomada de decisões:

  • Separar camada de automação (comando e controle) – tabela de informações;
  • Digitalizar sinais das “COISAS” para completar tabela de dados IoT;
  • Conectar outras redes (Gestão, Manutenção, Planejamento, Qualidade, Laboratório) tabela de dados;
  • Conectar mundo externo (Logística, Fornecedores, Clima…) IIoT;
  • Quais conjuntos de informações “formam” cenários para tomada de decisões?

Concluímos que a digitalização dos processos e toda a cadeia produtiva da indústria é a base da Indústria 4.0, com as camadas de IoT e IIoT é possível planejar, controlar e rastrear a produção, tanto por simulação digital, quanto por virtualização, ganhando tempo de tomada de decisões e redução de custos.

REDES NA INDÚSTRIA 4.0

Infraestrutura de Redes e Conectividade em Automação Industrial

 

A Indústria 4.0, como vimos, é um ecossistema cibernético, onde informações, pessoas e máquinas, trocam informações.

Para que isso seja possível, precisamos interconectar todos estes elementos em uma rede, de forma que os dados possam trafegar de forma vertical e horizontal em todo o sistema automatizado, permitindo a interoperabilidade do processo.

Vamos comparar a criação de um sistema para a Indústria 4.0, como uma rodovia, primeiro vamos construir as vias (infraestrutura), depois vamos sinalizá-la (Cibersegurança), logo faremos as interconexões (IoT Internet das Coisas) e ligamos tudo isso a um sistema inteligente que “aprende” (Big Data), assim vamos traçar nossos textos, explicando estes passos.

Para delimitar nosso tema de infraestrutura para a Indústria 4.0, lembrando que nosso foco é a automação industrial, vamos falar de:

  • Como construir uma infraestrutura de conectividade industrial de modo a unir as informações de produção;
  • Quais tecnologias disponíveis para montar uma infraestrutura de redes industriais;
  • Entendendo a convergência de informações da TO Tecnologia da Operação e TI Tecnologia da Informação.

Os cenários na indústria são diversos, mas podemos pontuar alguns principais abaixo para permitir a construção desta infraestrutura, que remetem as seguintes questões:

  • Projetar e construir um sistema de automação que tenha informações de ativos, para operação e manutenção;
  • Interconectar dispositivos e sistemas na indústria de modo que haja troca de dados entre si;
  • Convergir informações de toda a cadeia produtiva, laboratórios, logística, planejamento, operação e manutenção.

Quando pensamos em redes industriais e agora orientada a Indústria 4.0, esta  evolução ocorre desde quando as informações eram isoladas nos próprios controle locais, não havia envio de informações, depois temos o advento das redes locais, permitindo uma primeira convergência, mesmo que na planta local, trocando informações no ambiente industrial e administrativo, e, agora temos um nível hierárquico para a Indústria 4.0, convergindo todas as redes da cadeia produtiva, vimos isso no RAMI, que é a padronização da Indústria 4.0.

Para projetar e implantar esta infraestrutura, de modo que tenha interoperabilidade e atenda os níveis hierárquicos, temos diversos desafios, podemos pontuar alguns mais comuns:

  • Como obter o máximo de dados de ativos e sistemas para criar um ecossistema de informações na indústria;
  • Como conectar redes com diversos padrões e protocolos, além de sistemas legados;
  • Como montar uma infraestrutura de redes que permita escalabilidade e simplicidade de acréscimo e crescimento.

Então, perante estes desafios e tantas tecnologias existentes, a pergunta mais comum é: Que Rede Usar? Podemos comentar um alinhamento atual de aplicação, não único, mas mais usual atualmente, lembrando que a tecnologia não para de evoluir.

  • Qual a Rede “ideal” para a Indústria 4.0?
    • A Rede Ethernet é o padrão da Internet;
    • Podemos usar todos os modelos (Cabo, FO, WiFi e Rádios);
    • Pode servir de Backbone para conexão ao Cloud.
  • Qual a rede “local” interna (máquina ou processo)?
    • Uso de protocolos industrias (Ethernet ou Seriais);
    • Usar mídias que simplificam a conexão (Wireless, FO);
    • Usar Gateways ou Proxy para Convergência.

A aplicação da Ethernet na indústria é a grande evolução e tende a ser totalmente adotada, uma vez que já está consolidada, todavia é importante entender que a Ethernet Industrial, tem característica para o chão-de-fábrica, alguns principais que devem ser levados em consideração:

  • Aplicação em ambientes severos (hardware);
  • Temperatura 75º c a -35º c (exemplo);
  • Proteção mecânica especial;
  • IP (grau de proteção alto);
  • Suportar vibração e impacto;
  • Alta imunidade a ruídos (EMI);
  • Arranjos de alta disponibilidade (redundâncias);
  • Uso de protocolos industriais.

A rede Ethernet na indústria, permite a interconexão de todos os dispositivos de automação e controle, trocando informações no ambiente local e agora já trabalhando com Cloud Computing (computação nas nuvens), sendo que as arquiteturas para Indústria 4.0, devem levar em consideração a interoperabilidade da planta, sua flexibilidade e sua modularização, permitindo uma produção customizada e personalizada.

Uma rede Ethernet é composta de diversos dispositivos, que formam a nossa via, os principais e suas funções, relacionamos abaixo:

  • Switches não gerenciáveis – controlam o tráfego de dados na rede (MAC/IP);
  • Switch Gerenciável – controlam o tráfego de dados na rede com funções administrativas (ex. VLAN);
  • Switch Layer 2 – controla o tráfego de rede na camada de IP;
  • Switch Layer 3 (Roteador) – controla o tráfego de rede permitindo rotear (trocar dados) entre redes diferentes;
  • Firewall – dispositivo de segurança de acesso – bloqueando usuários e informações não permitidas na rede;
  • Gateway – dispositivo que converte um padrão / protocolo para um outro formato (ex. Profinet / Profibus PA);
  • Proxy – dispositivo igual ao Gateway, porém é transparente para o controlador na rede (ponte direta).

Lembrando os benefícios do uso da Ethernet na indústria:

  • Rede simples de projetar e implantar;
  • Componentes de baixo custo, comparados a outras redes;
  • Permite diversos Protocolos dentro do Padrão;
  • Rede padronizada por normas em constante evolução;
  • Pode ser aplicada desde ambientes domésticos até industriais (componentes especiais);
  • Rede interoperável e escalar.

Nem todos os equipamentos ou sistemas estão preparados para entrar nesta via, o sistema de rede deve ter capacidade de se comunicar em diversos padrões e protocolos, além de suportar sistemas legados (antigos). Para que isso seja possível, é necessário utilizar Gateways, que são equipamentos que fazem a conversão de um padrão de rede e/ou protocolo, desta forma é necessário no projeto de convergência prever o uso destes dispositivos.

Além do entendimento da conexão física, os dados devem ser entendíveis entre si, dentro do RAMI, que é a padronização como dissemos, trabalhamos com o SOA, Arquitetura Orientada a Serviços, isto é, todos equipamentos e dispositivos são objetivos que produzem e consomem informações dentro da rede, desta forma, através desta padronização, eu posso trocar informações diretamente, interoperar, por exemplo, um caminhão se comunicando na fazenda em tempo real via GPS com a fábrica, controlando a produção, através de uma informação logística, atuando na velocidade dos controladores de uma esteira, em tempo real.

Com isso vemos que as redes, para nossa infraestrutura, permitem a convergência da planta industrial e toda a cadeia produtiva envolvida, este entendimento é fundamental, pois a Indústria 4.0, trabalha orientada a informações do processo como um todo, logo é necessário, tudo que faz parte deste ecossistema, que esteja disponível nesta grande via.

Podemos sugerir abaixo uma visão geral para implantação das redes, de forma a construir esta infraestrutura de convergência na indústria:

  • Desenhe todos os fluxos de negócios e suas inter-relações com todas as redes (Workflow com proposição de Valor);
  • Prepare todas as redes de forma a serem produtoras e consumidoras de informações (padrão);
  • Faça um projeto de conexão física, lógica, de segurança e de interligação das redes;
  • Programe os Webservices de acordo com as regras de negócio (troca de dados);
  • Treine as pessoas para trabalhar em novos formatos de tomada de decisões, demonstrando o caminho da Indústria 4.0.

Concluímos que a primeira fase física da implantação da Indústria 4.0 é a conectividade, devemos pensar em unir todos os dados para cadeira produtiva para troca de informações, o uso de redes é o primeiro passo para permitir atender esta necessidade, as redes Ethernet são uma ótima opção pela sua maturidade, conceitos de SOA associados a convergência de dados, complementam este objetivo.

INTEGRADORES DE SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

A Evolução na Prestação de Serviços e Entrega de Soluções e os Desafios da Indústria 4.0

Todos sabemos que a tecnologia na sociedade moderna que vivemos, altera-se de tempos em tempos os modelos econômicos, deixando velhos conceitos e abrindo oportunidades para novos tempos, é sabido, no mínimo sentido, que estamos em uma grande transição no mundo.

O tema aqui exposto é sobre as empresas e profissionais que prestam serviços de entrega de soluções em automação industrial, é claro e evidente que neste mercado, muita coisa mudou, desde estruturas de negócios, lucratividade, tecnologias e procedimentos de projetos.

Para tanto o momento é de reflexão, pois a transição ocorre e, não sabemos como será o futuro, não temos pretensão de escrever sobre isso, é muito arriscado, todavia nos propomos a apresentar fatos, estudos e experiência nesta área, com o principal objetivo, de apoiar estas empresas e profissionais de serviços, que se deparam dia a dia com dificuldades, muitas vezes sem um entendimento mais claro, dando margens a explicações que levam normalmente a justificativa da crise que hora vivemos, todavia, esta mesma crise, apenas acelerou as mudanças nas relações de mercado, que nos propomos a expor aqui.

Quando pensamos em mudança de mundo, mercado, produção e consumo, podemos pensar que a escassez aumenta em função do aumento da população, que quer consumir cada vez mais, o custo aumenta, pois, a oferta e demanda ainda é nosso modelo econômico vigente, agora o componente conhecimento, individual e em grupo, passa a ser mais um elemento de análise, pois as pessoas tem mais acesso a informações, conhecimento e transforma o mercado que atuam.

Em nosso mercado de uma forma geral, em função das mudanças, podemos pontuar o passado e o futuro, de forma a criar uma delimitação para nosso tema:

PASSADO

  • O valor da venda do que se produzia remunerava toda a cadeia produtiva, mesmo com baixa eficiência na produção;
  • A competição praticamente não existia, pois, as barreiras de entrada eram muito grandes e havia baixa tecnologia;
  • As referências de consumo eram locais;

HOJE

  • Sem escala, não se consegue remunerar toda a cadeia que é muito maior e o custo altera a eficiência diretamente;
  • As barreiras de entrada diminuíram, aumentando muito a competição entre empresa devido a tecnologia;
  • O mercado é global – mesmo que o consumo seja local pensamos na globalização.

Em relação a área de Automação Industrial, que vamos tratar aqui somente por automação, uma vez que nosso foco é falar da indústria, podemos pontuar os seguintes fatos que estão ocorrendo:

  • As empresas de integração de automação cada vez têm menos lucratividade, assumindo mais riscos;
  • O conhecimento tecnológico cada vez é mais democrático, fácil e barato;
  • A sensação de falta de entrega de valor na automação é cada vez maior no cliente final.

Mas o que aconteceu com a automação? Essa é a grande pergunta. Não queremos esgotar o assunto e nem definir uma regra, apenas mostrar uma visão geral.

Tanto a sociedade, a economia e a política, vivem Ciclos de Vida, em nosso caso vamos pontuar a 3ª Revolução Industrial, ocorrida próximo de 1969, que foi a incorporação da eletrônica no meio produtivo, alterando totalmente a produção industrial, neste momento houve o rompimento do velho modelo de produção, dando lugar há uma nova tecnologia.

Quando ocorre uma grade mudança, ou uma revolução desta envergadura, cria-se um novo modelo de mercado, onde no seu início, a chamada Barreira de Entrada, isto é, a dificuldade que se impõe a novos entrantes no mercado é muito grande, haja vista, poucas empresas conhecerem este novo mundo que se descortina, todavia, inicia-se uma “corrida” para poder participar deste novo mercado.

Como o tempo, a tecnologia não para e o conhecimento vai se disseminando, se pensarmos nesta 3ª revolução, temos algo como 40 anos ocorridos, nesta linha do tempo, a barreira diminui, aumentando a participação de novas empresas no mercado, aumento de concorrência, chegando a um ponto de muita facilidade de participar deste negócio.

O problema é que quando a barreira de entrada é muito pequena e a concorrência cresce muito, o Valor de entrega individual das empresas, cai na mesma proporção, interferindo diretamente no lucro das mesmas, chegando a um ponto, que tende a ser insustentável o próprio negócio, no modelo atual.

E é isso que está ocorrendo, haja vista, que estamos em mais um final de ciclo econômico, abrindo um novo formado, para nós da automação isso estamos chamando de Indústria 4.0, que podemos apontar seu início em 2011, ainda em transição, todavia já incomodando empresas e profissionais que atuam nesta área.

Para quem usa ou compra automação, há uma visão ou até mesmo uma busca, onde podemos mostrar as principais abaixo:

  • Automação é cara e é um commodities;
  • Buscam segurança na operação e alta disponibilidade;
  • A operação não deve pensar em tecnologia;
  • A tecnologia deve ser alinhada ao negócio (estratégica), agregar valor;
  • Projetos internos com falta de mão de obra, prazo e orçamento apertado;
  • Espera uma automação modular, replicante, amigável e fácil de customizar;
  • Que a automação conecte gestão industrial;
  • Que a automação tenha manutenção de ativos e diagnósticos fácil.

A automação vem mudando e dando nova forma enxergar soluções:

  • De hardware e software para sistemas integrados
  • De algoritmos para aplicações
  • De malhas e lógica para integração da informação
  • De centrado na tecnologia para centrado no negócio
  • De melhores tecnologias para melhores parceiros

Há em automação um conflito “trade off”, que gera dificuldades para equilibrar a viabilidade de negócios e tecnologia:

  • Na engenharia, cada cliente quer um projeto especial e os custos de profissionais são muitos altos;
  • Na tecnologia, busca-se padrões e modelos (pré-formatados) e produtos de baixo custo.

Vamos entender um pouco da história da automação, na visão de integração, onde no início:

  • A automação (conhecimento) “pertencia” ao profissional;
  • A solução era regionalizada;
  • A entrega era um fragmento (ou parte).

Hoje temos uma outra realidade:

  • A automação (necessidade) é de cada pelo cliente;
  • A solução é global;
  • A entrega é do pacote (solução);

Também, em função da aplicação comum da automação, gerou-se alguns mitos:

  • A Automação desemprega – Não, automação mantém a empresa empregando;
  • A Automação é cara – Não, sem automação não há indústria viável;
  • A Automação é diferencial – Não, automação só viabiliza o negócio e equaliza o mercado.

Mas então, o que mudou? Podemos ver abaixo os principais fatores:

  • A automação deixou de ser conhecimento especializado de poucos;
  • A Automação se tornou uma commodities de solução através de Especificação Técnica, gerida por Suprimentos (compras);
  • A Automação (hoje) deixou de entregar Vantagem Competitiva nos processos.

Mas porque isto aconteceu? Vamos ver os principais pontos:

  • Está acontecendo com a Automação hoje o que aconteceu com a Informática em meados dos anos 90;
  • A automação é comprada como solução pronta, sem entrega de valor agregado ou aumento de vantagem competitiva;
  • O conhecimento de automação cada vez é orientado mais em produtos não em resultados.

Com todos estes acontecimentos, vamos ver os novos direcionadores tecnológicos e de mercado que apontam para um novo horizonte, para isso, vamos entender o que é Valor:

  • Valor = Percepção de que você recebe mais e a mais do que compra/contrata;
  • Automação Industrial como solução de controle operacional NÃO entrega Valor;
  • Automação Industrial como automação da produção entrega Valor!

Uma pergunta que é muito recorrente no meio, é questionar se a automação é um commodities ou entrega Valor, para isso é necessário fazer as perguntas no formato abaixo:

  • Commodities = mercadoria global sem diferenciação (foco preço);
  • A Automação é contratada para controle operacional?
  • A Automação é contratada para gestão da produção? Valor!

O profissional de automação hoje deve trabalhar em um novo formato, em uma postura que leve o Valor da automação para a produção, consequentemente para o produto final, logo ele deve:

  • Ter conceitos multidisciplinares;
  • Quem projeta deve saber porque fazer e o que fazer como foco;
  • Quem executa deve utilizar ferramentas baseado em escala;
  • Quem integra deve ter foco em produção industrial;
  • Quem vende deve mostrar valor agregado, ROI e TOC.

Agora vamos falar um pouco sobre os integradores em si, tanto os prestadores de serviços quanto ao modelo de empresas de integração de automação, para isso vamos traçar as principais mudanças que ocorreram ao longo do tempo:

ANTES

  • Entregavam a solução completa com conceitual;
  • Detinham o Know-how (tecnologia e processos) mas não assumiam o risco;
  • Não se responsabiliza pela produtividade;

HOJE

  • Entregam a execução com conceitual do Cliente;
  • Detém o Know-how (somente tecnologia) e assumem o risco;
  • Se responsabiliza pela produtividade (tendência).

Nesta mesma linha, vamos comentar a mudança que ocorreu na concorrência, lembra-se de quando entendemos sobre as barreiras de entrada, que foram diminuindo com o tempo, a concorrência aumentou muito, então vemos:

ANTES

  • Baixa concorrência;
  • Conhecimento especialista;
  • Alto índice de lucratividade;
  • Baixo risco;

HOJE

  • Alta concorrência;
  • Conhecimento generalizado;
  • Baixo índice de lucratividade;
  • Alto risco.

Podemos pontuar os maiores desafios que os integradores enfrentam hoje, sem pensar em tecnologias novas, apenas desafios comuns, que se não forem administrados e negócio normalmente não se torna viável:

  • Reduzir tempo de engenharia;
  • Reduzir configuração de controle;
  • Simplificar interfaces de redes e I/O;
  • Simplificar interfaces softwares de gestão;
  • Interfaces com sistemas de fácil conexão com legados/nativos.

Também do lado de quem é usuário e contrata automação, tem expectativas muito atuais, podemos listar as principais, a origem desta informação é de pesquisa de grandes players de automação, com foco no cliente e usuário:

  • Gerenciamento do ciclo de vida dos ativos;
  • Justificar e qualificar valor da automação;
  • Metodologia avançada de integração;
  • Reduzir complexidade de implantação com aumento da complexidade tecnológica;
  • Ferramentas de fluxo de dados para integração de IHM e PLC;
  • Justificar e implantar migração e atualização de sistemas;
  • Gerenciamento da informação e conhecimento operacional;
  • Interoperação e comunicação de sistemas;
  • Simulação de máquinas e processos – OTS;
  • Diagnóstico Built-in – integrado/embarcado;
  • Melhorando e gerenciando documentação técnica.

De face a tudo isso, podemos falar um pouco nas tendências, uma vez que há uma mudança ocorrendo, as principais diretrizes de mudança:

  • A automação industrial caminha para a Informática e Gestão Industrial;
  • O controle de processos caminha para Automação da Produção;
  • Os processos cada vez mais serão embedded, como as máquinas;
  • Produção Digitalizada (Indústria 4.0) – Cloud, IoT, Big Data.

Com isso, podemos traçar uma visão de futuro, uma vez que o mercado “fala” e já estão ocorrendo uma série de alterações neste formato, sendo as principais:

  • O mercado tende a dividir-se em Grandes Players e Integradores Superespecializados (o meio tende a acabar);
  • O cliente cada vez comprará menos produtos, Consumirá Serviços baseado em resultados;
  • A transferência de risco dará o tom dos negócios de tecnologia.

Com isso, podemos entender que há uma mudança de filosofia de mercado, no que se refere a implantação de sistemas de automação, eis as principais:

  • Como é: compro hardware e software – Como tende a ser: alugo e uso em forma de serviços;
  • Como é: contrato baseado em entrega física – Como tende a ser: contrato baseado em performance;
  • Como é: contratação de gestores para tomada de decisões intermediárias – Como tende a ser: uso do Big Data – modelos (Mineração de Dados e Machine Learging).

A evolução da TI nas empresas a tornaram estratégicas, isto é, a TI está dentro do negócio da empresa, com a automação não deveria ser diferente, empresas que viram isto há algum tempo, estão obtendo melhores margens de lucratividades, entendendo que a automação industrial é estratégica, isto é, está no negócio produtivo da indústria, para isso, devemos entender a TO Tecnologia da Operação de forma estratégica, pois vemos Estratégia:

  • A Automação como responsável pela transformação na planta (produção, custo e segurança);
  • Implantar a tecnologia que permita a transformação da planta (customizado para o negócio);
  • Integrar a plataforma de automação com a de negócios da empresa;
  • O ciclo de vida da Automação será o mesmo do negócio, exige rapidez e inovação;
  • Prepare-se para digitalização da planta, informações em tempo real de comando, controle, operação, manutenção e segurança a Era da Indústria 4.0.

A tecnologia está mudando dentro da automação, em relação aos sistemas de hardware e software, impactando em projetos de integração, podemos dizer que já temos uma tendência de mudança real nos integradores, sendo estas tecnologias a saber:

  • A Cibersegurança será foco nos projetos de sistemas;
  • O controle estará nos dispositivos;
  • A inteligência estará nas redes;
  • A CPU principal terá função de “tomada de decisões”;
  • Os sistemas de segurança serão independentes e autônomos;
  • As redes serão autoconfiguradas bem como os dispositivos;
  • Os protocolos se convergirão (ou serão transparentes);

A TI já é grande usuária de consumo de tecnologia na forma de serviços, isto é, não se compra mais hardware e software, com isso não se tem estruturas de operação e manutenção destes sistemas, na automação, podemos dizer que também é uma tendência, mesmo que seja muito novo o conceito de Outsourcing dento da área, mas podemos sim, já pensar num futuro próximo, empresas de automação implantando hardware e softwares, cobrando por serviços consumidos e entrega de performance.

Seria a era das Infraestruturas, Plataformas e Softwares como Serviço, trazendo os conceitos para automação, teríamos:

  • AIaaS – Automation Infrastructure as a Service
  • APaaS Automation Plataform as a Service
  • ASaaS Automation Software as a Service

Para os integradores então, o que podem esperar frente a todas estas mudanças, uma vez que já estão ocorrendo, observem as principais tendências:

  • As empresas de integração terão perfil de TI e Produção Industrial;
  • Os contratos serão baseados na “entrega” de resultados;
  • A infraestrutura (hardware e software) serão locados (Outsourcing), sem custos de propriedade.

Quanto a Indústria 4.0, não podíamos deixar de falar, uma vez que é a 4ª Revolução Industrial e já está impactando nos modelos de especificação de sistemas de automação, daí a importância dos integradores se prepararem.

Não temos a intenção de falar sobre Indústria 4.0, caso tenha dúvidas, sugiro que leia o artigo de igual nome no site.

A grande questão que precisamos entender são os passos que levam a Indústria 4.0, daí vamos saber porque a automação é a base do controle produtivo.

As etapas a saber:

  • Automação – Viabiliza o negócio sendo a base
  • Otimização – Onde se tem a lucratividade, produção e custos
  • Convergência – Aumenta a agilidade na tomada de decisões
  • Redefinir o Propósito – A permanência no mercado
  • Indústria 4.0 – Um Novo Mercado

Ao integradores e empresas vejam o quadro da apresentação de Projetos, para se preparar para a prestação de serviços para a Indústria 4.0, as diretivas de projetos.

Podemos descrever os principais pontos a serem observados na Indústria 4.0, que impactarão na integração de demandas por projetos tecnológicos:

  • Convergência da TI, TO e IIoT;
  • A Internet das Coisas estará na Indústria (IIoT), as máquinas “conversarão” entre si;
  • O Big Data mudará as decisões de reativas para proativas;
  • As informações das pessoas, máquinas e processos serão onipresentes pelo Cloud;
  • A Cibersegurança sustentará os limites da operação automatizada;
  • A Inteligência Artificial apoiará tomada de decisões, eliminando erros e desperdícios.

Com isso, devemos pensar nos novos direcionadores da Indústria 4.0, isto é, como será esta nova produção, lembrando que as principais diretrizes da Automação 4.0, é entregar para a planta industrial, capacidade de elaborar novas formas de fazer negócios, eliminar o desperdício e o erro, produzir de forma customizada e personalizada, para isso, a indústria do futuro será:

  • Interoperável
  • Virtualizada
  • Flexível
  • Uso do Big Data e Cloud
  • Usa Inteligência Artificial
  • Descentralizada

A busca para atender este novo mercado deve estar centrada nas pessoas, isto é, o profissional que irá lidar com projetos, implantação e operação destas novas tecnologias, como isso, podemos pensar que, devemos entender a realidade, frente aos desafios:

  • Faltam profissionais no mercado com conhecimento específico;
  • Caminhamos para era das superespecializações;
  • O modelo de Emprego mudará para o formato de Trabalho;
  • A educação continuada é o único sustentáculo dos profissionais de tecnologia;
  • Os alunos de escolas técnicas em geral devem sair com formação conceitual e base científica.

Na contratação, arguimos um novo pensamento, uma nova forma de desenvolver negócios, para isso, podemos pensar:

  • Automação “Comoditizada”, não Gera Valor na Produção (Não tem diferencial);
  • Evoluir de, contratar Sistemas com ET (Especificação Técnica) para contratar a Empresa que tem a melhor solução;
  • Evoluir de, contratar custo, para contratar o melhor Retorno sobre o Investimento;

Para concluir, gostaria de finalizar com algumas perguntas, que gerem inquietação e motivação para a busca de um novo horizonte, entendendo que os desafios existem e podem se tornar grandes oportunidades:

  • Como você se preparando para ser o Integrador do Futuro?
  • Como estamos desenhando nossos processos, liderando as pessoas e orientando nossos resultados para isso?
  • O quanto estamos acreditando na Mudança?

 

AUTOMAÇÃO ELÉTRICA COM IEC 61850

O Padrão IEC 61850 na Visão da Automação Industrial para Sistemas Elétricos

Foi o tempo em que a área de elétrica e área de automação industrial eram tratadas de forma separada na indústria, com a evolução dos dispositivos de comando e controle, as redes industriais e seus protocolos, somado à busca pela simplificação de operação, temos um cenário de convergência de sistemas, automação e elétrica fazendo parte de um mesmo projeto.

Afim de demonstrar uma visão da Automação Industrial, utilizando-se o Estado da Arte na área de elétrica, especificamente o Padrão IEC 61850, que é o responsável pela simplificação e potencialização dos controles nos sistemas eletricidade de potência atualmente.

Nosso objetivo aqui não é esgotar o assunto, mas sim colocar foco em como a área de automação deve entender o Padrão IEC 61850, vendo principalmente, a convergência dos dois setores, entendendo principais conceitos de funcionamento desta rede de comunicação para área de elétrica.

Não faz parte do escopo de nosso texto, demonstrar os sistemas de proteção e controle para elétrica e também detalhar Padrão IEC 61850 no aspecto programação dos sistemas.

Especificamente, vamos focar e dirigir o assunto baseado na rede de dispositivos, entendendo que os sistemas elétricos são compostos por IED (Intelligent Electronic Device) ou Dispositivo Eletrônico Inteligente, com o uso e a evolução das redes, eles se tornaram os controladores dos sistemas elétricos, vamos entender o Padrão IEC 61850, que permite a troca de informações entre eles e com o sistema de comando, podendo efetuar qualquer operação no sistema elétrico.

O que é então do Padrão IEC 61850: É um Padrão de Comunicação entre dispositivos de um Sistema Elétrico, que suporta diversos protocolos e podem ser executados em redes TCP/IP (Ethernet), trabalham com mapeamentos padrões MMS (Manufacturing Message Specification), GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event), SV (Sampled Variables) e WebSevices.

Podemos descrever as principais vantagens no uso deste padrão:

  • Interoperabilidade entre diversos fabricantes de dispositivos;
  • Facilidade configuração, os blocos são padrões de informações e endereçamentos;
  • Infraestrutura padrão, utiliza-se principalmente o Padrão Ethernet;
  • Redução de custos engenharia, comissionamento e partida são mais rápidos.

O Padrão ou Norma (muito conhecido assim também) IEC 61850, tem uma estrutura composta de 10 partes, cujo objetivo principal é traçar os caminhos da funcionalidade básica até os testes de sistemas, passando por todos os requisitos:

  1. Introdução e visão geral
  2. Glossário
  3. Requisitos gerais
  4. Administração do projeto e sistemas
  5. Requisitos de comunicação
  6. Linguagem de Configuração
  7. Modelo de Comunicação
  8. Mapeamento MMS / TCP/IP
  9. Mapeamento Ponto a Ponto/Barramento
  10. Testes de conformidade

O formato Lógico da Informação do Padrão é de Nível de Tensão, Endereço do Bay, Endereço do IED, Log do Dispositivo, Log do Nó, Dados e Atributos, com isso, independente da rede, fabricante ou local, a informação é igual em todo sistema.

Um sistema elétrico é responsável por uma série de eventos dentro de uma planta, vamos tratar como uma indústria, mas vale para qualquer estrutura de eletricidade.

As principais funções, mas não somente estas, podemos listar abaixo, perfazendo um sistema elétrico:

  • Supervisão, Operação e Proteção dos circuitos elétricos de potência;
  • Comando de despachos de carga;
  • Controle de demanda;
  • Operação de importação e exportação de energia elétrica;
  • Análise de transiente, falhas, distúrbios e desligamentos.

O objeto de nosso estudo é o Padrão IEC 61850, todavia não há somente este, mesmo porque as normas evoluem de acordo com as demandas e tecnologias existentes do seu tempo.

As Normas e Padrões, definem os protocolos de telecomando, tais como, interfaces entre equipamentos, padrão de camadas, entre outros.

A Norma IEC 60870-5 é aplicada a sistemas de Telecomando, temos abaixo suas principais divisões ou grupos:

  • 101 – Telecomando básico – supervisão
  • 103 – Padrão para proteção de equipamentos
  • 104 – Suporta TCP/IP

Também temos o DNP 3.0 (orientado a eventos) e chegamos ao IEC 61850 – padrão (orientado a objetos), que é foco de nosso texto.

A visão acima é muito simples, apenas para referência de estudo e continuidade de pesquisa, como dissemos anteriormente, visto não ser tema do conjunto aqui tratado.

Nesta mesma linha, podemos listar a evolução dos padrões em função das necessidades e tecnologias da época, é apenas uma visão geral e não contempla todos existentes, mas as principais linhas de aplicação de mercado.

  1. Cabeamento – não havia rede
  2. Norma IEC 60870-5-101
  3. Norma IEC 60870-5-103
  4. Norma IEC 60870-5-104
  5. DNP 3.0
  6. IEC 61850
  7. SMART GRID – Padrões de Integração de Produtor/Consumidor
  8. IoT – Integração Total de Dispositivos, Produtor, Consumidor e Controles

Observem que até agora somente tratamos dos Padrões ou Normas, nestas redes de informações temos os Protocolos de comunicação, que são as regras que governam a sintaxe, semântica e sincronização da comunicação em uma rede, este controla e possibilita uma conexão, comunicação, transferência de dados entre dois sistemas computacionais.

Alguns tipos de protocolos que são usados na elétrica, importante não confundir Protocolo com Padrão Elétrico:

  • PROTOCOLOS
    • PROPRIETÁRIOS
    • MODBUS
    • PROFIBUS
    • TCP/IP
    • PROFINET
  • PADRÕES
    • RS-232
    • RS-485
    • ETHERNET

São esperados alguns principais benefícios no uso do Padrão IEC 61850, uma vez que este padrão possibilita a integração e padronização dos sistemas, tanto de supervisão, quanto de controle, podemos ver abaixo os principais:

  • Usar o Padrão de Rede Ethernet em todo sistema Elétrico;
  • Comando, Controle e Supervisão na Própria Rede;
  • Análise de Alarmes e Oscilografia em Tempo Real;
  • Operação Remota e Integração com Processo;
  • Diagnósticos Avançados de Sistema e Dispositivos;
  • Padronização para Integração, Comissionamento e Partida.

O Padrão IEC 61850 permite comando, controle, supervisão, compartilhamento de dados em toda a rede, é uma grande evolução, utilizando-se por exemplo, do padrão Ethernet, para que isto ocorra, a Norma prevê alguns tipos de Mensagem, que são trafegadas dentro da rede, através do protocolo, abaixo listamos o tipo e seu principal uso:

  • MMS – (Manufacturing Message Specification) Informações Unicast – o objetivo é somente informação, na estação supervisora;
  • GOOSE – (Generic Object Oriented Substation Event) – Informações Multicast – responsável pelo comando entre IEDs;
  • SV – (Sampled Variables) – responsável pelo tráfego de valores analógicos entre os IEDs, utilizado para proteção;
  • XML – (eXtensible Markup Language) padrão de comunicação para WebServices, responsável pelo compartilhamento de informações entre todo o sistema conectado na rede.

Com a integração de todas estas mensagens e suas funções, é esperado funcionalidades nos sistemas, que apoiarão a operação e gestão da planta elétrica, podemos listar abaixo alguns tipos, lembrando que depende da ferramenta a ser implantada:

  • Supervisão do sistema e equipamentos;
  • Medições de grandezas em tempo real;
  • Alarmes e sequência de eventos;
  • Operação segura por simulação;
  • Parametrização de IEDs;
  • Análise de Oscilografia;
  • Rejeição de Carga;
  • Relatórios e Histórico geral.

Para construir uma automação de um sistema elétrico, baseado na Norma IEC 61850, vamos dirigir a aplicação a uma rede Ethernet, portando há de se observar os principais componentes e suas principais características:

  • Redes compostas por:
    • Switches Ethernet IEC 61850;
    • Firewall e VPN para Cibersegurança;
    • Terminal Service;
    • I/O Remoto e Tele proteção;
    • UTR Unidade Terminal Remota;
    • Computadores para Missão Crítica
  • Alguns requisitos essenciais:
    • Quality of Service (QoS): Priority Tagging
    • Protocolo de Recuperação de Rede: Rapid Spanning Tree (RST)
    • Gerenciamento de VLAN (para GOOSE)
    • Robustez de ambiente, suportar grandes faixas de temperaturas
    • Não haver partes móveis
    • Recuperação de anel RST (<50 a 100ms)

Quanto aos aspectos integração, podemos ter três cenários dentro da indústria, como ocorre de forma mais comum:

  • Um cenário onde a automação e a elétrica não se comunicam, isto é, há uma barreira na integração, são sistemas separados;
  • Um outro cenário onde se tem a convergência, este é mais comum, pois todas as redes são tratadas de forma separada e depois são unidas, por um gateway, por exemplo, ou um sistema OPC para troca de dados e informações;
  • E temos um cenário mais atual (graças a evolução da tecnologia), que é a integração total, o projeto quando “nasce” não tem separação de infraestrutura, toda a parte de comando e controle de processo e elétrica estão em uma única rede (há requisitos para isso), mas todo o sistema já é horizontal e vertical do ponto de vista da informação.

As arquiteturas de sistemas elétricos, seguem o mesmo conceito da automação, uma vez que utilizam a tecnologia Ethernet, o Padrão IEC 61850, já trata os blocos dentro da automação e elétrica para troca de informações e controle, portanto podemos concluir que já há uma convergência tecnológica.

Listamos abaixo alguns passos importantes para elaboração de um projeto e integração do sistema de automação elétrica, é apenas uma visão geral, deve-se aprofundar em detalhes, visto ser um projeto complexo:

  • Crie o projeto utilizando todos os dispositivos em Ethernet e IEC 61850 (use protocolo aberto);
  • Faça um projeto de Infraestrutura único, faça a convergência com o sistema de automação;
  • Projeto a rede Ethernet com conceito de VLAN, acesso externo com Firewall (Cibersegurança), foque no GOOSE (Multcast);
  • Crie as estações de operações exclusivas e integre informações importantes para todos operadores;
  • Crie as estações de engenharia separadas (automação e elétrica, mas em único ambiente e rede;
  • Treine a equipe, operação e manutenção.

Para finalizar e concluir, passamos algumas informações que não podem passar desapercebidas neste assunto:

  • A Norma IEC 61850 possibilitou Padronização e Facilidade de Engenharia;
  • Os principais Protocolos Industriais, suportam a Norma, exemplo Profinet (facilitando Integração);
  • Reformas e projetos Novos, devem suportar integração (Convergência) de Controle do Processo e Automação Elétrica;
  • Integração com Cloud, uso de WebServices, complementam a solução para os Desafios da Indústria 4.0, suportadas pela Norma.

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.