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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.

CIBERSEGURANÇA NA INDÚSTRIA 4.0

Segurança de Dados em Redes e em Sistemas de Automação Industrial

A TI Tecnologia da Informação já se acostumou a lidar diariamente com problemas de segurança de dados, porém, a automação, uma vez convergindo com a TI, passou a herdar também este problema, no mundo da TA Tecnologia da Automação, a questão da segurança de dados é relativamente novo, mas podemos afirmar que, a segurança da informação, em qualquer nível de automação, já é uma barreira a implantação e ao crescimento dos sistemas para a Indústria 4.0.

Em nosso texto anterior, explicamos o contexto da construção de rodovias para a interconexão da Indústria 4.0, agora imaginemos estas rodovias (as redes) e precisamos sinaliza-las, colocar regras de tráfego, normas e procedimentos, isso vamos chamar de cibersegurança.

Para delimitar nosso tema, vamos mostrar algumas questões referentes a cibersegurança na automação industrial e ir construindo um pensamento que nos leve a Indústria 4.0, segue o contexto do que vamos escrever:

  • A questão da segurança de dados no ambiente industrial digital;
  • As invasões em plantas industriais por hackers;
  • Medidas de proteção e contingência para infraestrutura da Indústria 4.0.

No ambiente industrial, no que se refere a segurança de dados, podemos ter inúmeros cenários de ataque, vamos comentar alguns comuns que precisamos entender:

  • É notório o crescimento das invasões a plantas industriais;
  • O crescimento de projetos de convergência com vistas a Indústria 4.0 desafiam a segurança de dados;
  • Desenvolver projetos simples e eficazes, além de procedimentos de implantação real.

No início da automação não havia problemas de roubo de dados em rede, uma vez que não havia a rede, no contexto da evolução, os dados eram apenas locais e nos dispositivos, com a evolução, passamos a ter as redes de TI e TA, no início separadas e agora em convergência, isso já preocupa sobremaneira os profissionais, principalmente de TI, que normalmente são responsáveis por esta área de segurança, uma novidade para a TA, mas quando pensamos em Indústria 4.0, devemos ver a integração total da planta, todos os setores e sistemas, além da conexão ao mundo externo, pela internet e serviços de cloud, abrindo brechas de segurança, que antes não existiam nas plantas industriais.

As preocupações e desafios para implantação de sistemas seguros são enormes, além de serem extremamente dinâmicos, mas podemos eleger se forma simplificada os principais pontos que devem ser observados, pensados e mitigados:

  • Como equilibrar o entendimento e aplicação prática de sistemas de segurança nas plantas industriais;
  • Como aplicar soluções inteligentes de segurança que escalem o processo de crescimento da planta;
  • Como monitorar e controlar invasões e rastrear ações na planta.

A questão da cibersegurança é um fato nas indústrias, mas existem algumas realidades que não são levadas em consideração, apesar de haverem ataques a plantas com sucesso, diariamente, abaixo alguns pontos desconfortantes em relação a isto:

  • Ninguém pensa que será “invadido”;
  • A segurança não é pensada no início do projeto;
  • A automação não converge com a TI na prática;
  • Não existe política de segurança na automação;
  • A consciência do problema ainda não existe;
  • Não existe respostas fáceis;
  • Você será invadido! Se já não estiver sendo…

As invasões a qualquer tipo de sistemas de informação ou dado, independente se for automação ou qualquer outro setor, tem motivações diversas, desde uma satisfação pessoal do hacker, até a parada intencional da planta, passando por espionagem industrial, roubo e venda de dados, chantagem, sequestro e bloqueio de informações, através de implantação de senhas.

As invasões a sistemas não ocorrem em âmbito somente de TI, como era comum até pouco tempo atrás como informação divulgada, na verdade, desde que a TA se convergiu com a TI, foram crescentes os casos de invasão a plantas, criação de vírus específicos para sabotagem, a exemplo do Stuxnet, entre outros. Estas invasões continuam acontecendo, gerando milhares de dólares de prejuízos e alto risco de segurança operacional em plantas de infraestrutura crítica.

Os ataques em plantas normalmente ocorrem por um modus operad (não único), mas comum, através de uma invasão de um pequeno programa, que pode ser instalado dentro do sistema (hospedeiro), de forma intencionada ou não, com um pendrive, por exemplo, ou um e-mail com anexo. Desta forma, uma vez instalado (executado), este “robô lógico”, trabalha dentro da rede para um hacker, que está externo, mas monitorando tudo e esperando o momento que lhe convém para atacar, roubando dados, trocando parâmetros de planta, entre outros.

As redes de comunicação no chão de fábrica, tem uma série de características de vulnerabilidades de segurança, podemos eleger abaixo algumas principais:

  • Protocolos de baixa capacidade de segurança;
  • Redes de controle sem segmentação;
  • Redes sem antivírus e sem atualização;
  • Sistemas operacionais sem atualização e brechas conhecida da TI;
  • As redes de automação não são criptografadas no nível IP;
  • Não existe LOG ativados nos sistemas de automação (rastreio);
  • Dificuldades de atualizar sistemas SCADA;
  • Não se configura segurança baseada em Host em sistemas SCADA;
  • Segurança física deve caminhar com segurança lógica.

A segurança da informação, dentro do contexto do acesso ao dado, deve ser entendida como uma cebola, imagine as camadas, o dado é o núcleo da cebola e deve-se passar pelas camadas até chegar a ele, desta forma, precisamos trabalhar acessos, físicos e lógicos em cada camada, liberando permissões ou bloqueando, dificultando ao máximo o acesso e que só seja permitido para quem tem todas as “chaves” até chegar a ele.

Um plano de segurança cibernética é algo complexo, com muitas técnicas, conhecimentos, ferramentas e procedimentos, todavia, abaixo listamos os principais pontos que devem ser observados e projetados para implantação da segurança na rede:

  • Bloquear acesso;
  • Monitorar serviços;
  • Corrigir ameaças;
  • Contingenciar falhas;
  • Auditar mudanças.

Para os primeiros passos de uma implantação de segurança mínima no chão de fábrica, podemos lista algumas ações básicas que devem ser consideradas de imediato:

  • Autenticação de usuários e equipamentos;
  • Controle de acesso – físico e lógico;
  • Detecção de intrusão – física e lógica;
  • Criptografia de dados;
  • Assinatura digital;
  • Isolamento e/ou segregação de ativos;
  • Varredura de vírus;
  • Monitoramento de atividade sistema/rede;
  • Segurança perimetral de planta.

Não existe um caminho único, há diversas medidas que devem ser tomadas e aqui não queremos colocar uma regra, mas é importante que:

  • Faça proteção física da planta e dos sistemas (crie política de segurança física de acesso a todo perímetro);
  • Integre políticas de segurança junto a TI, faça a convergência com ativos de automação;
  • Faça análise de riscos para identificar o grau de atuação de bloqueios de acesso.

Em relação aos bloqueios de acesso, devemos considerar que:

  • Dependendo do grau de risco, deve-se bloquear pessoas não permitidas, implantar rastreio, não permitir portas (pendrive ou algo do gênero);
  • Muito cuidado com terceiros, é necessário hoje repensar modelos de contratos com ferramentas externas, algo grau de vulnerabilidade;
  • Lembre-se, só você é responsável pela sua planta, as vezes um terceiro é portador de um vírus e não sabe.

Existem técnicas para se projetar a conectividade da rede de forma a torna-la mais segura, a ISA-99, que é uma norma para segurança de dados em redes, trata do termo Zonas de Segurança, onde podemos entender as mesmas da seguinte forma:

  • Para segurança lógica podemos implantar a técnica de Zonas de Segurança (ISA-99), que são agrupamentos físicos e lógicos que compartilham os mesmos requisitos de segurança;
  • Para interconectar Zonas de Segurança, implantamos um Conduíte, que funciona como uma ponte segura entre elas;
  • Um nível de segurança é definido de acordo com a criticidade e consequência de um ataque;
  • Caso necessite de acesso externo (ex. Cloud) é necessário criar uma DMZ Zona Desmilitarizada.

Para conhecer melhor sobre as normas de segurança, sugerimos a pesquisa e estudo das:

  • ISA-99
  • IEC-62443
  • IEC-17799
  • IEC-27002
  • IEC-27032

Para a implantação de sistemas de segurança na automação industrial, sugerimos o entendimento de alguns procedimentos básicos, tais como:

  • Analise riscos e crie cenários – tenha contramedidas e contingências;
  • Foque nas pessoas, sempre haverá erros e políticas de segurança nem sempre são seguidas;
  • Entenda que não há tecnologia 100% segura, foque nos procedimentos;
  • Teste o sistema, monitores, rastreie de ponta a ponta.

Concluímos que a cibersegurança é uma fronteira da Indústria 4.0, pois no contexto de dados em rede e Cloud, uma planta industrial fica exposta a invasões, com consequências que podem ser danosas, tanto para o negócio, quanto para a segurança operacional, daí a importância de colocar foco em segurança de redes em projetos de automação.

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.

RAMI – PADRONIZAÇÃO DA INDÚSTRIA 4.0

Modelo de Arquitetura de Referência para Implantação da Indústria 4.0

Quando inovações tecnológicas começam a ser adotadas em larga escala, discutidas e pesquisadas nos diversos meios, é natural que haja uma busca por uma padronização, iniciando em conceitos de projetos e aplicações, adoções de boas práticas e finalizando em normas, tanto local, quanto de abrangência geral e global.

O RAMI é um modelo para aplicações de soluções de conectividade para projetos aderentes a Indústria 4.0, permitindo um ecossistema cibernético de toda cadeia produtiva.

Nossa proposta neste texto é explanar de forma geral, introdutória e direta o conceito de Arquitetura de Referência, uma vez que é tudo muito novo como tecnologia, para isso, vamos limitar nosso tema em escrever sobre:

  • O Modelo de Referencia (não único), que tem a intenção de Padronizar Aplicações da Indústria 4.0;
  • Como funciona um Modelo de Referencia RAMI para Integrar uma Indústria;
  • Porque aplicar um Modelo e como utilizá-lo na prática.

Normalmente, aplicações de referência, no caso do RAMI, que tem a proposta de dar um norte a projetos e implantação da Indústria 4.0, são baseados em algumas diretrizes para solução de dar respostas a:

  • Como entender a conexão Vertical da informação da fábrica, de modo a levar o nível sensor ao nível de gestão de forma padronizada;
  • Como entender a conexão Horizontal da produção de um produto ou processo e conectar no Cloud (Internet Industrial) para tomada de decisões;
  • Quais normas usar, dentro das realidades atuais, servido de referência em projeto e aplicações.

Um Modelo de Referência é um elemento padronizado para projetos e implantação, aceitos e usados por participantes do processo, em nosso caso, da produção industrial, eles têm as seguintes características:

  • São modelos de conhecimento comum (padrão) dos participantes;
  • São objetos de padronização na linguagem;
  • Habitam uma semântica para interoperação do sistema;
  • Constroem elementos básicos e complexos dentro da arquitetura;
  • São usados para protótipo, desenvolvimento e validação.

O RAMI – (Reference Architectural Model for Industry 4.0), ou seja, Modelo de Referência para Arquitetura da Indústria 4.0, possui três dimensões de aplicação, estruturado, que participa de toda cadeia produtiva, dando uma linguagem de hierarquia no sistema, uma arquitetura definida e gerenciando todo o ciclo de vida da produção.

Os benefícios em se adotar o RAMI, como padrão de projetos e aplicações na Indústria 4.0, podemos eleger abaixo os principais:

  • Arquitetura Orientada a Serviços (SOA);
  • Combina componentes de TI em cada camada e todo ciclo de vida;
  • Divide os processos em pacotes, facilitando comunicação e processamento;
  • Estruturado para segurança e privacidade.

Como são três eixos de aplicação nas dimensões da informação, vamos entender cada um:

O Eixo 1 – Hierarquia – define o modelo de interconexão de todos os elementos da produção, incluindo informações, pessoas e máquinas.

  • Flexível, interoperável e distribuída;
  • Interação em todos os níveis hierárquicos;
  • Comunicação entre todos participantes;
  • O produto/processo faz parte da rede.

O Eixo 2 – Arquitetura – define a verticalização das informações, suas interfaces, interpelações e uso.

  • Dispositivos reais;
  • Transição do dado físico para o lógico;
  • Acesso a informação;
  • Dados necessários;
  • Relação e funções;
  • Processos de negócios.

O Eixo 3 – Ciclo de Vida – define o ciclo de vida do produto, da pesquisa e desenvolvimento, até a sua assistência técnica.

  • Pesquisa e Desenvolvimento – Construção, simulação e protótipo;
  • Manutenção do Projeto – Atualizações, manuais e guias, ciclos de manutenção;
  • Produção – Produto, Dados e Lote;
  • Manutenção da Produção – Usuários, assistência técnica, manutenção, reciclagem.

Considerando o RAMI um padrão, logo temos o desenvolvimento e aplicação para normas, regulamentado de forma abrangente o entendimento quanto as aplicações, segue abaixo as normas aplicadas:

  • IEC 63088 – Produção Inteligente – Modelo e Arquitetura de Referencia para Indústria 4.0;
  • IEC 62890 – Gerenciamento do Ciclo de Vida para Produtos e Sistemas;
  • IEC 62264 – Integração de Sistemas de Produção na Empresa (MES/MOM);
  • IEC 61512 – Controle de Batelada – Processos Produtivos em Lote.

Entendendo que o RAMI define como primeira diretriz a conectividade dos sistemas, precisamos levar em consideração as condições abaixo para que esta premissa possa ser atendida:

  • Padronização global da comunicação (Padrão/Protocolo);
  • Instalação e Operação fácil (Plug and Play);
  • Padronização da linguagem para troca de informações.

Para que os dados sejam interpretados, dentro do cibersistema, é necessário entender como funciona o sistema de interconexão:

  • Ocorre na conexão física da rede Indústria 4.0;
  • Os dados estão no Ativo – Device (ex. OPC-UA);
  • A rede é um padrão de comunicação entendível;
  • A própria interface integra o Ativo na rede.

Quando o dado está dentro do sistema, trafegando nas estações, dispositivos de controle e dispositivos de campo, ele é gerenciado da seguinte forma:

  • Cada device tem seu próprio esquema de configuração e dado;
  • Um conjunto de devices podem formar uma unidade com configuração e dado próprio;
  • Os dados são trocados entre si e o ecossistema.

O RAMI trabalha com componentes (objetos), dentro das suas três dimensões, chamamos estes componentes de I4.0 (é uma referência), que tem as seguintes principais funções:

  • Cada conjunto de dispositivos, formam uma semântica de informações e controle (Componente I4.0);
  • Os conjuntos I4.0, formam as células de produção;
  • As células de produção trabalham de forma flexível, interoperável e descentralizada.

Desta forma, com os componentes padronizados dentro do sistema, é possível entender uma aplicação de gerenciamento e controle de uma linha de produção, como todas as informações de conectam, o mesmo componente, por exemplo, pode ser rastreado na logística e transporte na cadeia produtiva, chegando até o cliente final (usuário), sendo monitorado seu dado, de forma única, dentro das dimensões do RAMI.

Quanto um ativo na linha de produção informa seu estado, tanto em produção quanto em manutenção, este dado já se relaciona nas três dimensões da gestão, uma vez que ele é vertical, o valor desta informação está em toda cadeia produtiva, até a gestão do negócio e, também trafega, desde um projeto em formato de protótipo, até para a produção de um lote, estando disponível a mesma de informação do produto até o cliente final, com o mesmo dado via Cloud.

Podemos sugerir a ideia de aplicação do RAMI para projetos de sistemas de Indústria 4.0, como segue:

  • Desenhe a automação de forma descentralizada, interconecte todos os agentes de produção (Devices);
  • Crie os componentes I4.0, de informação, controle e intercomunicação;
  • Configure o sistema de forma que seja Interoperável dentro das 3 dimensões do RAMI e seja flexível permitindo customização e personalização.

É importante entender que o RAMI é um modelo, há diversos modelos que são aplicados, ele se junta a outros com propósitos que se complementam, em nosso caso, uma produção industrial com perfil da Indústria 4.0, este modelo oferece um formato aderente ao intercâmbio de informações da toda cadeia produtiva.

O RAMI é um modelo novo, recente como a própria Indústria 4.0, podemos projetar algumas tendências que poderão a vir ocorrer em função deste padrão:

  • Haver um padrão direcionador único de aplicação em Indústria 4.0;
  • Cada país ter sua norma editada, igual a uma NBR no caso do Brasil;
  • As plataformas de Cloud Computing Industrial terão interfaces amigáveis para construção de componentes I4.0.

Podemos concluir que o desenvolvimento de soluções para Indústria 4.0, principalmente sendo demandada pelos usuários, novos dispositivos cada vez mais inteligentes e plataformas integráveis, a busca por padronização e respostas rápidas em implantações, levam a criação de modelos e normas, capazes de facilitar o uso e aplicação da tecnologia, o RAMI é este caso.

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?

 

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.

CONVERGÊNCIA DA AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Como Unir as Redes de TA, TI e IIoT com Infraestrutura para Indústria 4.0

Estamos em um momento onde há grandes discussões a respeito da Indústria 4.0, é natural, pois existe uma expectativa de uma grande mudança na forma de como vamos lidar com a produção no futuro, todavia ainda existem questões básicas, uma vez que a base da Indústria 4.0 é unir as informações, pessoas e máquinas em um único ambiente (cibernético) e com isso nos perguntamos:

Como unir física e logicamente todas as informações de um ambiente empresarial para pavimentar esta Quarta Revolução?

Para delimitar nosso texto, vamos escrever sobre três questões de muita relevância neste momento de transição, que é a convergência das informações:

  • O que é unir informações da TA (Tecnologia da Automação), TI (Tecnologia da Informação) e IIoT (Internet Industrial das Coisas);
  • Como montar uma infraestrutura de Convergência de TI, TA e IIoT;
  • Como gerar Valor na produção industrial com a Convergência das informações.

Estes itens darão um formato para as respostas que, hoje precisam ser respondidas e aplicadas para que haja sucesso na evolução desta transição para Indústria 4.0.

Para um bom entendimento do que vamos escrever aqui, relacionamos abaixo os principais termos usados no texto, de forma sucinta e direta, não esgotam o assunto pois o objetivo é dar uma ideia e desde já, sugerimos uma pesquisa mais aprofundada em cada item:

  • TI – Tecnologia da Informação – todo o conjunto de Hardware e Software para gestão da unidade empresarial;
  • TA – Tecnologia da Automação – todo o conjunto de Hardware e Software responsável pela medição, controle, automação e segurança da planta / máquina na unidade produtiva;
  • IIoT – (Industrial Internet of Things) – Rede de comunicação que produz e consome informações da unidade industrial através das pessoas, máquinas, equipamentos e dispositivos;
  • Cloud – Conceito de disponibilizar as informações na “Nuvem” (Internet), como principal objetivo de centralizar, proteger e distribuir informações;
  • Big Data – Banco de dados com características de (Volume, Velocidade e Variedade) onde se centraliza, grava e analisa todas as informações da unidade empresarial.

Dado o entendimento do tema e sua importância, vamos imaginar um cenário, que é muito real no dia a dia das industrias:

  • O departamento de TI faz gestão de dados off-line (planilhas) do setor de produção;
  • A operação (automação) somente foca comando e controle, mas não “enxerga” a produção;
  • As tomadas de decisões de produção são reativas (lentas) e não são alinhadas ao negócio de forma estratégica.

Cenários como os descritos acima são comuns e serão nossos direcionares para entender a importância da convergência das informações da empresa no âmbito de TI, TA e IIoT.

Como toda tecnologia o conhecimento de sua evolução nos mostra os impactos que provocam em seu ambiente de aplicação, em nosso caso, entendendo que TI e TA se convergiram ao longo do tempo, em seu início não houveram nenhuma relação entre as duas, porém hoje pensamos praticamente em um único ambiente, unindo as informações de forma transparente e inter-relacionada.

O entendimento de unir as informações, através das redes, da TI e TA é de fácil entendimento no tocante a coletar dados, porém quando pensamos nos desafios técnicos, é importante saber que estes mesmos desafios são diferentes entre estas duas áreas, com isso é importante dar a devida atenção na solução de cada uma, uma vez que o resultado final é atender os dois ambientes de forma a ser uma única rede de informações, então segue abaixo os desafios da TI e TA:

  • Prioridade da TI: Proteger Dados
  1. Confidencialidade
  2. Integridade
  3. Disponibilidade

 

  • Prioridade da TA: Proteger o Processo
  1. Integridade
  2. Disponibilidade
  3. Confidencialidade

Com o entendimento acima, podemos agora então conceituar o que é convergência:

Convergência é a tecnologia e a técnica de interligar as redes de informação de toda a cadeia produtiva industrial, com objetivo de formar dados inteligentes para tomada de decisões.

A convergência das informações, no ambiente industrial, traz benefícios para a produção e a empresa como negócio e seu conjunto empresarial, relacionamos abaixo alguns dos principais:

  • Decisões Estratégicas
  • Regras de Negócio
  • Menor Tempo de Colocação Produto no Mercado
  • Flexibilidade na Produção
  • Padronização da Operação
  • Manutenção Inteligente
  • Menor Custo de Propriedade
  • Redução de Custos
  • Economia de Energia
  • Aumento da Segurança
  • Eliminação de Erros
  • Melhoria do uso do Ativo
  • Redução do Desperdício
  • Transparência nos Negócios
  • Gerenciamento do Risco do Negócio

A infraestrutura que permite todas estas conexões se dá por 3 redes básicas, como vimos, da TI, TA e IIoT, cada uma destas redes funcionam de forma independente dentro de seu ambiente, porém é importante entender que elas serão unidas dentro do Big Data e poderão ficar disponíveis através do Cloud, tudo isso com estrutura de segurança de dados, lembrando que o resultado final é um ambiente cibernético, onde as informações, as pessoas e as máquinas (equipamentos) trocaram informações entre si, de forma segura, consistente e com objetivos definidos.

De tudo que falamos, entendemos que com todo este ambiente interligado, naturalmente tenho uma quantidade de informações que antes não era possível, sem esta interconexão, um operador se limita a apenas ligar ou desligar um motor, por exemplo, mas em um ambiente interconectado, as informações que chegam ao operador fazem com que haja interação com a manutenção, produção e custos, tudo isso em tempo real e com tomada de decisões precisas.

Com todas as informações trafegando pela rede, passamos a operar plantas com informações On-Line, isto é, exatamente no momento que está acontecendo eu tenho a informação e de diversas formas, tanto na tela do computador, com em um Tablet ou celular, tanto no ambiente local, quanto remoto, em formatos de gráficos, e-mail, SMS e tantos mais meios eletrônicos e amigáveis que existirem.

Com este novo ambiente eu customizo minha gestão, isto é, eu crio um ambiente onde podemos dirigir a produção com indicadores que impactam na eficiência produtiva, no custo e na segurança, por exemplo, com isso a energia de operação fica em indicadores focados com metas e estes estão relacionados no grande ambiente de negócios, onde tudo se impacta na alteração destes indicadores.

Quando falamos em decisões estratégicas, devemos pensar no impacto de qualquer variável no processo que cause um efeito na ponta do negócio, com a convergência é possível, por exemplo, entender que quando um equipamento oscila na produção o mesmo pode ocasionar variabilidade no processo, elevando custos energéticos e de manutenção, elevando o custo total do produto, alterando o custo especifico e impactando na ponta a satisfação do cliente.

Esta nova forma de analisar, não tem novidade, uma vez que os sistemas de gestão podem fazer isso já há algum tempo, todavia quanto trazemos as melhores práticas de gestão e colocamos as informações em tempo real de todos os processos e relacionamos todas as variáveis, analisamos com antecedência todo e qualquer variação no negócio como um todo, isso é gestão estratégica.

Como vimos, a convergência é a união, física e lógica das redes, mas como funciona toda esta troca de informações neste ambiente cibernético?

Primeiro temos que entender a tecnologia, vou falar sobre um dos modelos mais utilizados, da mesma forma não esgota o assunto, pois há muita tecnologia envolvida, mas vamos passar como é uma estrutura básica.

Quando pensamos em potencializar as informações de todas as redes, precisamos entender um conceito básico que é produzir a informação e outro que é consumir esta informação, para isso todo o conjunto de redes deve estar preparado para isso, hoje temos os WebService que é uma tecnologia de troca de informações, onde programamos blocos que vão gerar e consumir dados, através de um padrão e um objetivo específico.

Nas redes industriais hoje temos o OPC-UA, que é o padrão de comunicação industrial com Arquitetura Unificada, que permite usar linguagem para WebService, pois utiliza a o XML, que é um padrão de linguagem que permite todas as trocas de informações entre todas as redes.

Tudo isso conectado numa arquitetura física e lógica, utiliza-se um protocolo chamado de SOAP (Protocolo Simples de Acesso a Objetos), que permite esta produção e consumo de informações dentro de um ambiente definido, de conexão via Internet.

Todo este conjunto de hardware, softwares e linguagem de troca de informações, chamamos de arquitetura em SOA, Arquitetura Orientada a Serviços, onde independente dos equipamentos, utilizamos padrões de informações e troca de dados.

Para dar um exemplo de fácil entendimento, os sistemas de pagamento de cartões de crédito, onde se conecta a parte fiscal, ao banco e a administradora do cartão, com diversos tipos de hardware que produzem e consomem informações referentes a compra, ao cliente, ao fornecedor, ao fisco, ao comércio, tudo num único ambiente de internet, é o mesmo conceito tecnológico de nossa convergência.

Uma vez que agora temos um ambiente de informações, conectados de forma interna e externa, as ameaças se segurança, que antes eram de preocupação exclusive da TI, passam para este ambiente, onde inclui-se a TA e o IIoT.

Todo este ambiente deve ser protegido de acessos não autorizados, ameaças lógicas, intrusos, definições de políticas de acesso, não só no ambiente corporativo, mas também no industrial, uma vez que temos informações de máquinas e processo no mesmo ambiente de rede.

Não é objeto de nossa apresentação falar de Cibersegurança, trataremos este tema numa outra oportunidade, todavia é importante colocar este item como parte fundamental do projeto de convergência.

Para implantar o projeto de convergência, relacionamos abaixo alguns itens fundamentais que devem ser observados, também não é um roteiro fixo e nem pronto, é necessário um projeto multidisciplinar com a TI e TA, mas apontamos alguns itens a observar:

  • 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;
  • Treine as pessoas para o uso do Valor do conhecimento da planta que está no Big Data, trazendo os benefícios para o Negócio.

Como estamos em uma transição, a Cultura é uma questão importante para entender tanto o impacto no uso, como nas barreiras a sua implantação:

  • Vivemos a transição do dado físico para o virtual, a capacidade de absorção está no profissional;
  • A mudança dos índices de produtividade no Brasil passará necessariamente pelo investimento na educação profissional e inovação tecnológica;
  • A nova geração habituada as redes sociais, informação onipresente e decisões instantâneas, serão os novos operadores da Fábrica Inteligente.

As novas tecnologias e a convergência mudarão alguns formatos tecnológicos que temos em nossas plantas, descrevemos abaixo algumas tendências que entendemos que, terão grande impacto num futuro próximo:

  • Assim como a convergência das informações, há tendência da convergência dos sistemas de gestão, não haverá diferença entre ERP, MES, BI, CRM e tudo mais;
  • A gestão de Operação e Manutenção caminha para Decisões baseada em Eventos, os procedimentos e ações serão automatizados, dando cognição a cada ação tomada;
  • As infraestruturas de TA caminham para serem administradas igual a TI – SaaS – Software as a Service (Software como Serviço), IaaS – Infrastructure as a Service (Infraestrutura como Serviço); PaaS – Platform as a Service (Plataforma como Serviço).

Concluímos que, quando pensamos em convergência, temos que pensar em simplificação e potencialização, em nosso caso juntar TI e TA é aumentar o valor destes ativos de forma a obter ganhos de produtividade na indústria nunca antes vistos.