Indústria 4.0 – Transformação e Desafios para o Cenário Brasileiro – Unespciência
Indústria 4.0 – Transformação e Desafios para o Cenário Brasileiro
CONTEÚDO EXTRA, Edição 93, Engenharia de Produção fevereiro 1, 2018março 1, 2018 unespciencia
Tema é destaque em pautas gerenciais e governamentais voltadas A inovação e desempenho global de competitividade
A ampla literatura acadêmica e profissional evidencia oportunidades de pesquisa para melhorar a flexibilidade nas organizações, lidando com o atendimento das necessidades dos clientes por produtos personalizados e a complexidade gerada pela customização em massa (NASCIMENTO, 2016). Extrapolar essas oportunidades para além dos mantras atuais de manufatura enxuta e recursos humanos capacitados habilita as organizações e suas cadeias de suprimentos a atuarem competitivamente internacionalmente, mesmo em cenários com redução de custos e nichos de mercado cada vez mais pontuais.
A "Indústria 4.0" se destaca nas pautas gerenciais e governamentais voltadas à inovação e desempenho global de competitividade das organizações de classe mundial. Ela se refere ao conjunto de mudanças em processos de manufatura, desenvolvimento e sistemas produtivos por meio, sobretudo, da fusão entre os ambientes físicos e virtuais por meio do desenvolvimento, incorporação e aplicação de tecnologias recentes com impacto na economia e na sociedade. Também conhecida como a quarta revolução industrial, esta tendência tem o objetivo de conectar, digitalmente, fornecedores, equipamentos e as próprias unidades fabris, por exemplo, com o objetivo de criar uma cadeia de valor competitiva e integrada.
"A Indústria 4.0 representa o conjunto de inovações capazes de alavancar a eficiência das operações de forma consistente, auxiliando as organizações em seus diferenciais de competitividade, no futuro próximo. Ao introduzir sistemas inteligentes que permitam a integração entre equipamentos na manufatura e serviços logísticos, a complexidade operacional será naturalmente reduzida, aumentando a robustez e segurança dos processos, bem como a redução dos custos de não qualidade. Como consequência, a produtividade global será maior", afirma Adilson Domingos Dezoto, vice-presidente e Board Member de Produção e Logística da MAN Latin America.
Linha do tempo –Revolução Industrial (Fonte: Aberdeen Essentials, 2017)
De forma resumida, a primeira revolução industrial, ocorrida no final do século XVIII, marcou a mudança do modelo agrário e artesanal pela introdução da máquina a vapor, com emprego de carvão e metais. A segunda revolução industrial, ocorrida no final do século XIX, foi caracterizada pelo desenvolvimento de pequenos sistemas com o advento da eletricidade e do motor de combustão interna e fundições, aliado à utilização de produtos químicos. Por sua vez, a terceira revolução industrial marcou o início da utilização dos computadores e automação, sendo iniciada no final dos anos 1960 e perdurando até os dias atuais, com o emprego de novos materiais, como a fibra óptica.
Vale ressaltar que cada uma das três revoluções industriais foi reconhecida ou durante ou após o seu início. A Indústria 4.0, por sua vez, está sendo desenvolvida em grande parte antes da sua efetivação, uma vez que representa um conjunto de inovações fundamentadas em aumentar a produtividade das nações e organizações. Neste cenário destacam-se o pioneirismo de Alemanha, China, Japão e Estados Unidos na busca de estruturas de fomentos governamentais para suportar esta revolução.
Esta tendência tecnológica pode também ser aplicada em automóveis (veículos autônomos e aumento de tecnologias embarcadas), residências (automação, comunicação e segurança), escritórios (segurança, energia e sustentabilidade), varejo (check outs inteligentes), operações off shore (aumento no monitoramento via automação), saúde (monitoramento e análises), logística (rotas autônomas e inteligentes), planejamento de cidades (saúde pública e transportes), além da sua utilização em processos produtivos.
A Indústria 4.0 representa um conjunto de inovações fundamentadas em aumentar a produtividade das nações e organizações
A utilização da Indústria 4.0 no ambiente fabril se dá por meio de instalações inteligentes (smart factories), sendo estas capazes de aprender e tomar decisões, tornando-se flexíveis em tempo real. Essa adaptação é realizada por uma comunicação instantânea entre máquinas (machine to machine – M2M), processos, linhas de montagem e até mesmo unidades fabris, utilizando um ambiente (computadores) que permita a junção das realidades física e virtual para cada micro-operação (denominados Cyber Physical Systems – CPS) e uma rede dedicada a esta operação.
Esta rede dedicada à comunicação M2M é conhecida como Internet das Coisas (Internet of Things – IoT), permitindo também a coleta de dados de todos os equipamentos embarcados conectados, tornando possível a interação e tomada de decisão pelas então denominadas "Coisas". A IoT é a base da Indústria 4.0 e define um novo horizonte de valor na cadeia produtiva em função da grande quantidade de dados coletados, tratados e utilizados na tomada de decisão online entre os sistemas, permitindo a criação de novos serviços por novos canais de distribuição.
Para avançar nesses conceitos, faz-se necessário fomentar discussões para que toda essa comunicação possa ser executada dentro de um mesmo ambiente corporativo, mesmo levando em consideração que os componentes desses equipamentos ou rede sejam oriundos de fabricantes/fornecedores diferentes, conceito denominado interoperabilidade. Além disso, torna-se fundamental garantir que todos os componentes existentes no ambiente físico sejam criados no ambiente virtual, permitindo a comunicação e criação do CPS. Estes fatores precisam ser orientados à preparação dos ambientes de produção para recebimento e tratamento dos dados em tempo real e o fomento de sistemas modulares para suportar o aumento de flexibilidade das organizações.
Com este conceito, além da integração horizontal e vertical de processos, é possível derivar a utilização de algumas novas tecnologias a serviço da eficiência operacional, como o big data, a nuvem (com aplicação industrial orientada aos dados gerados e tratados dos equipamentos), a realidade aumentada e a simulação, bem como abre espaço para novas discussões de segurança da informação nestes novos ambientes. Ela também cria espaço para a introdução de tecnologias disruptivas (aquelas que atendem às exigências dos clientes de uma forma totalmente nova, não caracterizadas por evolução ou revolução) no setor industrial, como os robôs colaborativos, inovação que permite o trabalho simultâneo e no mesmo posto de trabalho entre pessoas e robôs, sem a necessidade de confinamentos e com o objetivo de aumento de produtividade em operações com riscos ergonômicos e de difícil repetibilidade.
O termo big data é utilizado para descrever o imenso volume de dados que possuem impacto nas operações do dia a dia. Trata-se de um conceito estruturado no início dos anos 2000, apesar de a leitura e armazenamento dos dados já ter sido iniciada previamente. Este conceito pode ser utilizado para tratar os dados, a fim de fomentar melhores decisões operacionais e estratégicas, de forma estruturada, para as organizações.
O big data pode ser definido utilizando-se cinco dimensões:
Volume: coleta de dados de variadas fontes, como aqueles oriundos de sensores destinados a realizar a comunicação M2M ou até mesmo transações comerciais;
Velocidade: os dados são transmitidos e estão disponíveis em tempo real a partir de uso de smartphones, sensores, etiquetas inteligentes dotadas de identificação por radiofrequência (radio frequency identification – RFID);
Variedade: a geração de dados é realizada em formatos diferenciados, englobando bancos de dados complexos, documentos e vídeo, por exemplo;
Variabilidade: com o aumento da velocidade e da variedade, a ocorrência de picos de demanda é cada vez mais frequente. Um bom exemplo se refere a notícias ou informações geradas pelas redes sociais e que podem apresentar grande acesso pontual dependendo do conteúdo vinculado;
Complexidade: a geração de dados é realizada de fontes variadas, dificultando a estruturação e a criação de relações, necessárias para o seu correto tratamento.
Além do big data, as tecnologias-base mapeadas no escopo da Indústria 4.0 podem ser sumarizadas em: robôs colaborativos (capazes de operar em células de produção junto com operadores sem a necessidade de barreiras físicas), manufatura aditiva (produção de peças com impressoras tridimensionais com a adição de matéria-prima e sem a necessidade de moldes), simulação (teste e otimização de processos em fase de concepção ou existentes com ferramentas digitais), segurança (aumento da confiança em meios digitais) e realidade aumentada (capacidade de capturar imagens e projetá-las tridimensionalmente, além de sistemas capazes de interagir em tarefas múltiplas com o mundo físico).
O atual conjunto de inovações possui o potencial de impactar as tecnologias do cotidiano
Todo este conjunto de inovações possui também o potencial de impactar as tecnologias do cotidiano e muitas delas já estão em funcionamento. A forma com que as pessoas se deslocam está prestes a se transformar de forma revolucionária. Não somente os automóveis estão sofrendo uma forte transformação tecnológica, mas também a infraestrutura e a gerência do sistema.
Desde o início de sua fabricação seriada, na primeira metade do século XX, os automóveis vêm sofrendo uma evolução tecnológica constante. Os sistemas embarcados (embedded systems) prometem alterações ainda mais fortes. A possibilidade de uso de enormes quantidades de sensores, a conectividade e a direção autônoma promete alterar a forma com que os automóveis serão usados pelas pessoas. As condições de saúde do veículo poderão ser monitoradas remotamente para identificar problemas mecânicos precocemente, antes que ocorram. "Os automóveis trocarão mensagens entre si de forma a possuírem informações de condições meteorológicas, congestionamentos e acidentes e tomarem decisões. Os automóveis muito em breve estarão rodando sem um humano na direção. Com isso, novos negócios surgirão para manutenção e deslocamento, com forte impacto na IoS", afirma André Pierre Mattei, Diretor de Inovação do Instituto Senai de Inovação em Sistemas Embarcados.
"Se os automóveis serão alterados, a infraestrutura terá também que evoluir. Com a entrada de novos sistemas embarcados, será necessário evoluir também o pavimento, as pontes, os túneis, os semáforos e a iluminação. O gerenciamento de infraestrutura será alterado de forma drástica, devido ao enorme volume de dados, pois, com a enorme clareza sobre seus diversos aspectos e condições, pode-se realizar melhor gerenciamento das vias", complementa Mattei.
As tecnologias serão diversas para assegurar o suporte à decisão, o gerenciamento de semáforos, as melhorias de segurança e pavimento, além da diagnose precoce de problemas. Serão necessárias imagens de ruas e rodovias, incluindo perfis em três dimensões, sistemas de GPS, centrais inerciais e fotografia aérea. Serão necessários sistemas de análise de dados nos automóveis e nos semáforos para processamento de dados com utilização do big data.
Em relação às estratégias organizacionais, a combinação entre a Indústria 4.0 e as estratégias de competitividade são uma rica fonte de estudos e de alavancagem de competitividade para as organizações. A combinação entre a manufatura enxuta (lean) e a agilidade tem se mostrado efetiva na busca de atendimento às demandas pontuais e na busca por melhores resultados operacionais, capacitando as organizações ao atendimento flexível de pedidos e de produção (NASCIMENTO, 2016). A produção é dita lean se é realizada com o mínimo desperdício por meio da eliminação de operações desnecessárias, insuficientes ou em excesso. A produção é considerada ágil se consegue alterar seus estados de forma eficiente, de modo a responder rapidamente a incertezas e a alterações de demanda.
Apesar de essencialmente diferentes, existem características comuns entre sistemas lean e ágeis, tais como eliminação de desperdícios, redução de set ups, melhoria contínua e a aplicação de ferramentas da qualidade.
"Quando uma fábrica possui todas estas características de forma organizada, ela precisará também de um sistema de gestão adequado de pedidos dos clientes. Aqui entra a Indústria 4.0 com suas características dos sistemas Cyber Physical, sendo capaz de introduzir monitoramentos inteligentes com controle autônomo de ordens de produção, tornando possível a administração do processo de forma autonôma e ao longo da cadeia de valor", afirma Hans Klose, da Klose Management Consulting (KMC).
O Consultor também afirma que este novo processo deve ser suportado também por um desenho de produto modular. Um produto modular não somente gera sinergias entre P&D, Compras e Planejamento. Um produto modular ajuda também no desenvolvimento e realização de processos estáveis para produzir qualidade.
Em paralelo, é necessário também garantir o pilar da qualidade ao longo da cadeia de suprimentos. Klose afirma que, hoje, uma fábrica responde aproximadamente somente por 30% do valor agregado, assim torna-se necessário um sistema que garanta a qualidade do produto final. "Temos dois caminhos para garantir a qualidade: o caminho convencional, com o controle na saída e na entrada em cada interface, ou usando a tecnologia da Indústria 4.0, com o monitoramento automático de cada etapa dos processos, incluindo as documentações. Isso também ajuda a gerenciar a demanda relativa ao mercado, gerando a necessidade de serviços adicionais de IoS, a fim de garantir a guerra ao desperdício e produzir somente o que já foi vendido. Além disso, também contribuiu na entrega do produto para o cliente final no prazo".
Ideia de Big Data
Apesar de estar focado com novas tecnologias, todo este sistema só funcionará satisfazendo a condição de um sistema de produção adequado que integre os conceitos lean com a Indústria 4.0. O Consultor complementa que "é fundamental a atuação de um líder com a visão clara do mercado e que entenda os processos com clareza para inserir flexibilidade e agilidade na solução de problemas e nos imprevistos deste novo sistema. A execução por resultado está baseada no sistema de gerenciamento da produção, incluindo indicadores e um monitoramento da situação da fábrica em tempo real garantindo a agilidade para resolver problemas através de trabalho em equipe, equipamentos autônomos, feedback permanente e foco na excelência. É uma avaliação permanente da integração de novas tecnologias".
Existem muitos desafios para implementar uma fábrica com as características da integração da Indústria 4.0 com o lean, sobretudo para superar as restrições relativas à segurança do processo (flexibilidade ao invés de sistemas rígidos), segurança de dados, padrões para troca de informações entre máquinas e cofabricantes, além de recursos humanos qualificados.
A discussão da Indústria 4.0 se dá fundamentalmente nos campos da inovação, mas, sobretudo, no que se refere a produtividade e competitividade. Trata-se de um movimento suportado por organizações e políticas governamentais para a difusão, suporte e aplicação de novas tecnologias com o objetivo de fomentar infraestrutura a nações e organizações para reduzirem seus pontos fracos em produtividade, ponto comum, sobretudo, em nosso país.
Um estudo publicado pela Confederação Nacional da Indústria (CNI) em 2016 listou dez tecnologias digitais às empresas e, ao serem questionadas sobre a utilização, 48% informaram que utilizavam pelo menos uma delas, 15% não utilizavam nenhuma delas e 6% desconheciam o assunto (do total, 25% não responderam à pesquisa). Dentre os setores que mais utilizavam estas tecnologias em seu processo destacam-se os de produtos eletrônicos, derivados do petróleo, máquinas, metalurgia e material plástico. Por outro lado, dentre os setores que menos utilizam esta tecnologia destacam-se os de serviços de manutenção, farmacêuticos, minerais não metálicos e vestuário.
A pesquisa também aponta que as principais barreiras internas para implementação das tecnologias digitais estão relacionadas a alto custo de implantação, falta de clareza em relação ao retorno sobre o investimento, estrutura e cultura organizacional, dificuldade para integrar novas estruturas e softwares, infraestrutura de tecnologia de informação inapropriada e risco à segurança da informação. Dentre o foco da utilização das tecnologias digitais em seus processos de produção destacam-se os setores de equipamentos eletrônicos, derivados do petróleo e metalurgia. A utilização nos processos de desenvolvimento de produto está presente também nos setores de equipamentos eletrônicos, máquinas e equipamentos e automotivo, aponta o CNI.
Todos os benefícios das tecnologias agrupadas na Indústria 4.0 só poderão ser usufruídos se a infraestrutura para a conectividade das "coisas" estiver disponível
Dados de uma consultoria brasileira de 2015 revelaram que o Japão possuía uma densidade de 339 robôs para um grupo de 10.000 trabalhadores. O Brasil, por sua vez, possui em torno de 7 robôs para o mesmo grupo de trabalhadores. Um outro estudo, de 2012, demonstra que, se utilizarmos a base de produtividade de 100% para um trabalhador americano, o trabalhador brasileiro possui uma produtividade de 18,4%, ou seja, um trabalhador americano é cerca de cinco vezes mais produtivo que um brasileiro!
O Global Competitiveness Report do período de 2016 a 2017 apresenta a informação de que o Brasil ocupa a 81ª posição dentre as 138 nações avaliadas, ficando atrás de países como Botsuana e Vietnã, por exemplo. Vale também ressaltar que este relatório afirma também que o nosso país caiu seis posições em relação ao mesmo levantamento realizado em 2015-2016.
Alguns estudos apontam que o Brasil, de forma global, está próximo de ter a terceira revolução industrial implantada, mesmo tendo iniciativas pontuais voltadas à Indústria 4.0, bem como setores em que aspectos da segunda revolução ainda prevalecem, uma vez que ainda possuímos empresas de médio e pequeno porte introduzindo os computadores nos controles do "chão de fábrica", bem como espaço ainda disponível para a difusão da automação industrial e tecnologia da informação.
Centralizar a discussão para o avanço tecnológico é importante para pavimentar a infraestrutura necessária para reduzir esta discrepância, criando condições para o avanço de sua competividade. Segundo reportagem publicada em 2017, a Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) pretende apoiar iniciativas tecnológicas na área de manufatura avançada. O diretor de Inovação da Finep afirmou nesta reportagem que "é uma área com altíssimo grau de inovação e fortes riscos envolvidos, principalmente no Brasil, onde os processos que mal se iniciaram têm de encarar um ambiente de forte competição internacional e alto grau de sofisticação tecnológica".
Em outra publicação de 2017, o economista assessor da Indústria 4.0 no Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços (MDIC) afirmou que "será cada vez mais intensa a pressão competitiva, e as empresas brasileiras sentirão a necessidade de modernizar". Ele complementa que "algumas empresas brasileiras já se posicionaram em estágios maduros da Indústria 4.0, mas são exceções".
Todos os benefícios das tecnologias agrupadas na Indústria 4.0 só poderão ser usufruídos se a infraestrutura para a conectividade das "coisas" estiver disponível. O Governo Federal criou a Câmara de Gestão M2M em 2014 com o objetivo de acompanhar, subsidiar e promover a comunicação M2M no Brasil e possui nove verticais estratégicas: cidades inteligentes, agronegócio, saúde, educação, produtividade industrial, logística, transporte, energia e outras. Essas verticais irão promover a discussão pública de questões tributárias, geração de oferta, geração de demanda, regulatório, educação, pesquisa e desenvolvimento, segurança e privacidade das informações, interoperabilidade e arranjos produtivos referentes a IoT.
A Indústria 4.0 facilita a visão e execução de "Fábricas Inteligentes" com as suas estruturas modulares, os sistemas ciber-físicos monitoram os processos físicos, criam uma cópia virtual do mundo físico e tomam decisões descentralizadas.
O conjunto de oportunidades oriundas da Indústria 4.0 representa uma oportunidade de conectividade e irá gerar um novo mercado baseado na Internet das Coisas e torna-se crucial participar de discussões referentes a padronização, interoperabilidade, segurança, privacidade e desenvolvimento das competências.
Participar das discussões das novas tecnologias torna-se um alicerce para o futuro próximo, a fim de entender os seus conceitos e criar condições para a sua utilização, de forma pioneira, e alavancando o nível de serviço dos setores público e privado, como já ocorre em países desenvolvidos. Integrar essas novas tecnologias com as políticas de competitividade organizacionais demonstra ser uma tendência para assegurar a continuidade dos negócios com lucratividade.
"Estamos trabalhando, de forma planejada, para inserir novas tecnologias em nossos processos e alcançar um novo nível operacional. Um bom exemplo refere-se à tecnologia de separação por voz (picking by voice) que resultou em ganhos de produtividade consideráveis e maior robustez em nossa logística. A discussão do tema é recente e, na Alemanha, o fomento é realizado pelo governo a fim de preparar também a sociedade para essa transformação inerente à indústria do futuro. Estar inserido neste contexto nos permite participar da vanguarda de estudos voltados à Indústria 4.0, fortalecendo as discussões para criação de infraestrutura com o objetivo de suportar a implementação deste novo patamar tecnológico", reforça Adilson Domingos Dezoto, vice-presidente e Board Member de Produção e Logística da MAN Latin America.
O conjunto de oportunidades oriundas da Indústria 4.0 representa uma oportunidade de conectividade e irá gerar um novo mercado baseado na Internet das Coisas
A importância de gerar e tratar a grande quantidade de dados que podem estar disponíveis com estas novas tecnologias não deve gerar essencialmente em sua captação, mas em si o propósito do que será feito com os dados gerados. Estes dados podem ser uma rica fonte que possa permitir decisões orientadas a redução de custos, do tempo entre o pedido e a entrega do bem ou serviço ao cliente e o desenvolvimento de novos produtos. Combinar o big data com políticas de análises estratégicas pode ser o diferencial para determinar a causa raiz de defeitos em tempo real, tratar dados de consumo e orientar políticas de estoques e cadeia de suprimentos, aumentar a flexibilidade organizacional através da definição de novas estratégias baseadas em nichos de mercado.
Agência ABPTI. Finep apoiará políticas tecnológicas para impulsionar Indústria 4.0 no Brasil. Disponível em: <http://www.investe.sp.gov.br/noticia/finep-apoiara-politicas-tecnologicas-para-impulsionar-industria-4-0-no-brasil/>. Acessado em: 04/09/2017.
Agência SAS. Big Data: O que é e por que é tão importante. Disponível em https://www.sas.com/pt_br/insights/big-data/what-is-big-data.html. Acessado em: 11/11/2017.
CAMARGO, M. Programa Indústria 4.0 receberá mais incentivos no Brasil. Disponível em: <http://www.brasil.gov.br/economia-e-emprego/2017/09/programa-industria-4-0-recebera-mais-incentivos-no-brasil>. Acessado em: 30/10/2017.
CLINE, G. Industry 4.0 and Industrial IoT in Manufacturing: A Sneak Peek. Disponível em: <http://www.aberdeenessentials.com/opspro-essentials/industry-4-0-industrial-iot-manufacturing-sneak-peek/>. Acessado em: 18/11/2017.
GRIESINGER, D. Pesquisa revela perfil da indústria 4.0 no Brasil. Disponível em: <http://agenciabrasil.ebc.com.br/pesquisa-e-inovacao/noticia/2016-05/pesquisa-revela-perfil-da-industria-40-no-brasil>. Acessado em 17/11/2017.
GRILETTI, L. Indústria 4.0: as oportunidades de negócio de uma revolução que está em curso. Disponível em: <https://endeavor.org.br/industria-4-0-oportunidades-de-negocio-de-uma-revolucao-que-esta-em-curso>. Acessado em: 09/10/2017.
MARQUES, F. A corrida da indústria 4.0. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/2017/09/22/a-corrida-da-industria-4-0/>. Acessado em: 30/10/2017.
McKinsey Digital. Industry 4.0: how to navigate digitization of the manufacturing sector. Disponível em: <https://www.mckinsey.com/business-functions/operations/our-insights/industry-four-point-o-how-to-navigae-the-digitization-of-the-manufacturing-sector>. Acessado em 15/10/2017.
Muniz Jr., J. Panorama Geral da Organização Industrial. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=SBwg56ha8lk. Acesso em 20/11/2017.
NASCIMENTO, L. O. Fatores que influenciam a flexibilidade da produção de veículos comerciais. Dissertação de Mestrado, Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Guaratinguetá, 2016.
Panorama da Inovação: Indústria 4.0. Publicações Firjan. Abril, 2016.
Revista Exame. "Por quê somos tão improdutivos". Ed. 1025. Março de 2012.
TADEU, H. F.B. O que seria a Indústria 4.0? Disponível em: <https://www.fdc.org.br/professoresepesquisa/nucleos/Documents/inovacao/digitalizacao/boletim_digitalizacao_fevereiro2016.pdf>. Acessado em: 14/11/2017.
World Economic Forum. The Global Competitiveness Report 2017-2018. Disponível em: <https://www.weforum.org/reports/the-global-competitiveness-report-2017-2018>. Acessado em: 05/10/2017.
TEXTO: Luis de Oliveira Nascimento é mestre em Engenharia de Produção pela Unesp de Guaratinguetá.
Jorge Muniz Junior é coordenador do Curso de Mestrado Profissional em Engenharia de Produção da Unesp de Guaratinguetá.