Passado, Presente e Futuro
Ao longo da história, a humanidade sempre buscou por conquistas que lhe proporcionassem simplificar o modo de vida, facilitando e ampliando sua atuação no planeta. Passamos do uso direto da nossa própria força, a utilizar moinhos movidos por animais, vento, água, eletricidade até complexas máquinas para explorar o universo. Evoluímos continuamente, e por vezes, revolucionamos.
Essa breve introdução nos leva desde os primórdios até a chamada Indústria 4.0. A qual é associada às principais inovações tecnológicas em termos de automação, controle da informação, aplicadas aos processos produtivos, em novos modelos de negócios, serviços e produtos. Essas máquinas preveem falhas, programam manutenções, sistemas logísticos, reagem às mudanças inesperadas e contribuem para os processos produtivos, que tendem a se tornar cada vez mais eficientes, autônomos e customizáveis.
Observem cada uma das revoluções industriais e esse novo cenário, que está reconfigurando as relações, os avanços tecnológicos e toda inovação prevista para a indústria 4.0. Desta forma, fazemos uma provocação, será considerado de fato uma revolução, ou nossas indústrias estão evoluindo?
Primórdios (< 1784)
Há cerca de 10.000 anos nos alimentamos de trigo. Inicialmente nos alimentávamos dele como encontrado na natureza. Depois passamos a bater os grãos e comê-los como uma pasta. Esse processamento foi evoluindo até chegar ao pão. Com o domínio da agricultura a população mundial foi crescendo e com isso aumentando da demanda por esse alimento.
Uma das soluções para aumentar a eficiência desse processo rudimentar, e também para acabar com a tediosa tarefa humana da moagem, foi a invenção dos moinhos hidráulicos. Os quais utilizavam a força de um curso d’água de rápido movimento para girar as engrenagens.
Paralelamente algumas regiões utilizam a força dos ventos e de animais para fazerem o funcionamento dos moinhos.Uma das maiores dificuldades desses sistemas estava na dependência dessas formas de energia e no controle da velocidade.
A 1ª Revolução Industrial (~ 1784)
Por volta de 1800, meu tataravô (Lucca), passa a utilizar na Itália a máquina a vapor de James Watt. Máquina essa que foi uma das principais contribuições para a primeira revolução industrial. Também dela veio unidade de potência, analogamente chamada até hoje de cavalo-vapor (cv).
Assim, a evolução da tração animal, passando pela força hidráulica e dos ventos, chegamos na era do vapor. Essa fonte de energia muito mais confiável, revolucionou efetivamente a produção de trigo e claro, de diversas outras indústrias como têxtil, mineração e até a ferroviária e a naval.
Com isso Lucca conseguiu levar a sua fábrica para locais mais próximos dos seus consumidores, já que não estava na dependência física de um rio. Com a melhoria na logística ele passou a contar com os trens e barcos para transportarem as mercadorias.
Pronto, estava estabelecida uma nova forma de viver!
A 2ª Revolução Industrial (~ 1870)
Já no Brasil, quem cuida dos negócios é o primogênito Agostino. Naturalmente aprendeu o ofício do moinho com o seu pai, mas não tinha em mente pela revolução que passaria. Pelo mérito do gênio, Nikola Tesla, a energia e o motor elétrico de corrente alternada se tornaram realidades.
Com o desenvolvimento da eletricidade, as indústrias, a economia e a vida da população em geral mudou radicalm
ente. Em relação ao vapor, a eletricidade trouxe a vantagem da transmissibilidade, sem perda de muita energia. Bem como a flexibilidade, podendo ser facilmente convertida em movimento, luz, calor e som. Os motores passaram a ser diretamente acoplados nos equipamentos, diminuindo o uso de eixos e correias de transmissão. Com custos menores de produção surgiram as pequenas indústrias.
Nessa época, enquanto o moinho funcionava a plena eletricidade, a noite meu bisavô ligava a luz e desfrutava de uma bela leitura no seu sofá favorito.
A 3ª Revolução Industrial (~ 1969)
Em 1943 meu avô João se enchia de orgulho vendo nascer a minha mãe Iria. Ao passo em que ela iria crescendo, acompanhava o seu pai que continuou tocando o moinho da família.
Muito graças ao gênio Alan Turing, que levou a eletrônica para a informática pela matemática, minha mãe vivenciou uma nova transformação no moinho que agora era controlado por um CLP (Controlador Lógico Programável). Paulatinamente o computador passou a ganhar diversas funções na área industrial, aumentando muitas vezes a produtividade. A sua integração com a mecânica e a elétrica nos levou a automação. Assim fomos do CNC (Comando Numérico Computadorizado) até chegar nos Robôs Industriais. Claro que essa revolução também se deve ao avanço em outras áreas, máquinas e equipamentos. Mas, sem dúvida estes foram os principais responsáveis.
A 4ª Revolução Industrial (~????)
Por razões particulares a família descontinuou o negócio do moinho. Entretanto, a tecnologia continuou evoluindo. Os computadores passaram a ser pessoais. Assim, fui ter meu primeiro computador aos 18 anos, em 1995, que conectado a uma internet discada me permitia trocar mensagens com as gatinhas pelo ICQ. O que era muito bom kkk … mas o melhor é que um mundo se abriu pra mim. Se você não for dessa época, acredite, até então eu recorria a livros e enciclopédias (físicas) para minhas pesquisas.
Exatamente nesse ano eu estudava Automação Industrial no SENAI Mecatrônica. Um dos fatos mais marcantes foi quando a nossa turma conseguiu rodar, de forma totalmente automatizada, a simulação de uma fábrica de “luz apagada”. No CIM – Centro Integrado de Manufatura – tínhamos uma esteira oval (similar ao da foto abaixo). Iniciava com um robô pegando a matéria prima (MP) no respectivo endereço, e a colocava na esteira. A programação da produção indicava em quais estações de trabalho 
essa MP deveria passar. A primeira poderia ser no torno CNC. Então o robô da estação a coletava da esteira, a porta era aberta, a peça era fixada e a porta fechava. O próximo passo era a execução do respectivo programa (CAD-CAE-CAM). E assim sucessivamente nas demais estações a peça agregava valor (fresamento, limpeza, tratamento químico, térmico, etc). Logo em seguida tinha até um sistema de visão que verificava o dimensional de cada peça. Estando ok, iria para as estações de montagem até ao final onde o robô pegava o conjunto armazenando-o no endereço indicado. Pronto! Acabei de relatar um processo de fabricação todo conectado, pré-programado sem interferência humana na linha de produção. Por isso chamávamos de fábrica de luz apagada.
Alguns anos passaram, a tecnologia foi evoluindo, e quando eu já era engenheiro de produção ouvi falar no termo Indústria 4.0. O termo que faz alusão a quarta revolução industrial, foi cunhado estrategicamente pelo governo alemão. Tendo a sua aparição oficial na Hannover Messe em 2012.
Em 2013 participei da feira e verifiquei quanta importância o tema estava ganhando no mundo. O interesse ia de orientais a ocidentais querendo conhecer melhor a temática, e como poderiam obter ganhos com isso.
Foi dada a largada!
INDÚSTRIA 4.0
São diversos componentes que fazem parte desse conceito, combinando uma série de tecnologias estabelecidas e emergentes que fundamentam os pilares da indústria 4.0.
A figura acima do BCG (Boston Consulting Group) ilustrada as nove tecnologias que estão transformando a produção industrial. Então, vamos conhecer um pouco mais cada uma delas, com uma visão de passado, presente e futuro.
Robôs Autônomos (Autonomous Robots)
Certamente robô já é algo bem conhecido por você. Pois a Unimation, fundada por George Devol e Joseph F. Engelberger, colocou seu robô em funcionamento na GM já em 1961. Já ao ELIZA (A Computer Program For the Study of Natural Language Communication Between Man and Machine) é atribuído de ser um dos primeiros programas de computador para o estudo da 
comunicação em linguagem natural entre homem e máquina. O software Eliza foi criado por Joseph Weizenbaum no laboratório de Inteligência Artificial do MIT, entre os anos de 1964 e 1966.
Nesse sentido, o grande passo agora é em direção a autonomia. Isso mesmo, robôs com inteligência suficiente para agir sem a intervenção humana em ambientes desestruturados. E o melhor, colaborando cada vez mais conosco. Isso significa que eles estão interagindo entre eles, nos ajudando e aprendendo conosco. Nessa perspectiva esses robôs estão sendo chamados de cobots. Segundo o Financial Times (2016) a estimativa é que o mercado dos cobots passe dos $ 100 milhões para $ 3 bilhões em 2020.
Embora ainda não tenhamos robôs 100% autônomos, o objetivo da indústria para todo esse esforço se justifica principalmente em reduzir riscos e custos com a mão de obra, aumentando a competitividade.
Simulação (Simulation)
Imaginemos que numa empresa o processo produtivo esteja ineficiente. A partir disso o pessoal resolve alterar o layout. Coloca uma máquina para cá, outra para lá, muda rede elétrica, de ar e testa. Humm … não ficou bom. Troca mais um pouco, e agora sim melhorou. O que achou? Normal? Loucura?
Bem, muitas empresas ainda possuem essa prática. Entretanto, algumas desenham esse layout no Excel, no Cad ou no Solid. Já as mais avançadas simulam esse mundo físico em um modelo virtual, que pode incluir máquinas, produtos e seres humanos. As estatísticas do programa demonstram os resultados em tempo real. Caso o modelo não fique satisfatório a simulação virtual poderá ser alterada rapidamente. Sem interferir na vida real das pessoas, processos e produtos.
Nesse ponto você já deve ter percebido algumas das vantagens da simulação. Agora imagine toda a cadeia de criação no mundo virtual. Os ganhos de tempo são da ordem de 80%.
Segundo Kelton (2014) por volta de 1960 a simulação virtual começou a ser utilizada ainda na linguagem FORTRAN. A computação foi evoluindo e nos anos de 1990 pode-se dizer que a simulação ficou madura.
Atualmente são muitos os campos de atuação da simulação. Na área industrial visa testar hipóteses, quantificar tempo, perdas, gargalos, etc.
Integração horizontal e vertical de Sistemas (Horizontal and vertical systems integration)
Passamos da troca de informações em ambientes industriais da fala, para a escrita até a digitalização em planilhas ou sistemas específicos. Segundo Slack (2009), o conceito MRP (Material Requirements Planning) mudou a partir dos anos 80, de planejamento das necessidades de materiais para planejamento de recursos de manufatura passando a ser chamado de MRPII.
Na década de 90 em evolução aos sistemas MRPII surgiram os sistemas integrados, que abrangiam as diferentes áreas da empresa, denominados ERP (Entreprise Resource Planning) Planejamento Corporativo de Recursos. Entretanto, vários outros sistemas de TI, como por exemplo MES (Manufacturing Execution System) Sistema de Execução de Manufatura estão evoluindo para o conceito CMM (Collaborative Manufacturing Management) ou Gerenciamento Colaborativo de Manufatura. Nesse sentido vem ganhando força no mercado o SOA (Service Oriented Architecture) ou Arquitetura Orientada a Serviços. Esta arquitetura provê um conjunto de princípios de governança de conceitos e mudanças para a integração de sistemas.
O fato marcante é que atualmente as indústrias utilizam diversos sistemas, porém, não estão totalmente integrados. Esse é mais um dos desperdícios que a quarta revolução industrial visa eliminar, integrando o mundo real e o virtual desde dentro das empresas (engenharia, produção, serviços, etc.) e fora delas (empresas, fornecedores, distribuidores e clientes).
Internet Industrial das Coisas – IIoT – (The Industrial Internet of Things)
A IoT (Internet of Things) ou Internet das Coisas, consiste em embarcar tecnologia que possa coletar, processar e transmitir dados em qualquer tipo de objeto. “Coisas” móveis incluem dispositivos como seus eletrodomésticos, RFID tags, GPS, smart cartões, brinquedos, roupas, remédios até o seu carro.
Em 1990, John Romkey criou o primeiro dispositivo em internet das coisas, ligando e desligando uma torradeira pela internet. Segundo dados do IDC (2014) tínhamos em 2013, 20 bilhões de “coisas” conectadas à Internet, e já em 2020 passaremos para 32 bilhões.
Para relacionar a IoT na indústria foi acrescido o “I”. Assim o IIoT (Industrial Internet of Things) são os sistemas e elementos comuns em um processo produtivo como: máquinas, equipamentos, sensores, coletores, robôs, atuadores, leitores, etc. Nesse sentido os principais ganhos com o uso da IIoT são:
- redução de paradas na produção;
- redução no custo do ciclo do ativo;
- melhoria da qualidade, e;
- aumento da segurança dos ativos.
Cibersegurança (Cyber Security)
Até esse ponto vimos muitos fatos interessantes. Mas, nem tudo são flores. E, por isso, não é de hoje a grande preocupação em proteger os dados. Estes que estão crescendo exponencialmente. Que são trocados dentro e fora das indústrias. Estão na nuvem. E ninguém quer seus dados nas mãos erradas. É aí que entra a segurança da informação ou cibersegurança. O qual é o termo que designa o conjunto de meios e tecnologias que visam proteger, de danos e intrusão ilícita, programas, computadores, redes e dados.
Os três pontos fundamentais são:
- integridade,
- confidencialidade, e;
- disponibilidade.
Aqui, outra vez, para entender o presente podemos voltar ao passado. Por exemplo, o Ransonware, um tipo de malware que sequestra o computador da vítima e cobra um valor em dinheiro pelo resgate que está em foco nos últimos anos, existe há mais de 30 anos. Os primeiros ataques com esse vestígio foram verificados nos anos 80.
Agora do presente para o futuro, o Datafloq (2018) projeta para 2019 um crescimento de 6 milhões de novos empregos de segurança cibernética no mercado mundial. Talvez essa expectativa seja embasada na quantidade e importância dos ataques ocorridos recentemente. Vamos citar alguns casos:
- de acordo com a CNN, os criminosos que invadiram os sistemas da Equifax conseguiram roubar 182 mil documentos sensíveis com informações pessoais dos clientes e 209 mil números de cartões de crédito;
- segundo a pesquisa da Kapersky Lab (2017) 28% das 962 indústrias pesquisadas sofreram ataques direcionados a componentes de automação industrial. O que representou um aumento de 8% em relação ao ano anterior.
- o relatório da Indusmelec (2017) informa que Stuxnet (worn malicioso) foi projetado especificamente para atacar sistemas SCADA que controlam processos industriais. É considerado o primeiro vírus industrial e foi detectado em 2010. Como exemplo o relatório cita que uma central nuclear Iraniana foi atacada e suas centrífugas passaram a girar 40% mais rápido o que causava fissuras sem que o alarme disparasse.
Vimos aqui que a cibersegurança é uma fronteira da Indústria 4.0, pois com a quantidade vertiginosa de dados em rede e na nuvem, uma planta industrial fica exposta a invasões. Portanto, para evitar prejuízos para o negócio deve-se focar na segurança dos dados.
Computação em Nuvem (The Cloud)
Talvez você também tenha guardado os seus dados digitais em disquetes, CD/DVD, cartão de memória, HD, pen drive a agora está salvando na “nuvem”. O termo nada mais é do que uma metáfora de uma rede global de servidores. Muito comum hoje em dia salvarmos nossas fotos, vídeos, documentos em alguma nuvem. Os primeiros usos dessa tecnologia remontam do projeto DARPA do MIT em 1963. Entretanto, a grande evolução aconteceu pelos anos 2000. Em 2006 foram lançados o Amazon Web Services e o Google Docs. Em 2011 foi introduzido o IBM Smart Cloud.
A performance da computação em nuvem vem da grande capacidade, flexibilidade e velocidade de processamento. Além dessas características, também o custo é viável para as empresas, o que ajuda na sua popularização. Pois, reduz a necessidade de adquirir e manter os sistemas internos de TI.
Essas tecnologias, conectadas à nuvem, cloud computing, possibilitam de qualquer lugar do mundo, a qualquer hora, por meio da internet, a análise e processamento massivo dos dados, otimização de recursos, custos e maior eficiência operacional. Com a expansão do armazenamento e processamento pela computação em nuvem, podemos dizer que essa é uma tecnologia de suma importância na indústria 4.0.
Manufatura Aditiva (Additive Manufacturing)
Manufatura aditiva é entendida como uma impressora que vai adicionando material, camada a camada. É conhecida também por impressão 3D. Segundo a empresa 3D Systems, essa tecnologia (estereolitografia) foi inventada pelo seu cofundador em 1983. A empresa que foi a primeira do mundo, continua atuando.
Essa é uma das áreas da indústria 4.0 que possuímos tecnologia nacional.
As impressoras 3D estão ganhando cada vez mais espaço, sendo utilizadas em protótipos, pequenos lotes, peças customizadas, moldes, utensílios, miniaturas, carros, próteses, casas e até órgãos. Os materiais mais empregados para impressão são os termoplásticos. Entretanto, essa é outra área que vem evoluindo bastante e passando a utilizar mais materiais como fotopolímeros, fibra de carbono, alumínio, ferro, aço, cera, gesso, cerâmica, etc. Processos que feitos de forma tradicional tem custos elevados, o que está ajudando na grande expansão do uso da manufatura aditiva.
Rea
lidade Aumentada (Augmented Reality)
A Realidade Aumentada (RA) caracteriza-se por manter o usuário no seu mundo físico e por transportar o ambiente virtual para o espaço do usuário, por meio de algum dispositivo tecnológico em tempo real. Atribui-se ao pesquisador Ivan Sutherland (1968) o primeiro uso da RA.
Ele desenvolveu um capacete de visão ótica direta rastreado para visualização de objetos 3D no ambiente real, conforme demonstrado na figura ao lado. Em 1981 a Força Aérea 
Americana desenvolveu um simulador de cockpit de avião. Já a Boeing em 1990 utilizava um dispositivo de RA para auxiliar os funcionários na montagem de equipamentos eletrônicos de aeronaves. Atualmente encontramos alguns dispositivos acessíveis como por exemplo o Microsoft Hololens.
Dessa forma a RA vem ampliando a sua participação principalmente na medicina e educação. De forma industrial para acelerar o aprendizado dos funcionários e como forma de evitar erros, tanto para a produção, logística como para a manutenção. Por essas razões é que esses sistemas serão utilizados muito mais no futuro da indústria 4.0.
Big Data e and Analytics
Terminologia utilizada também em português que se refere a capacidade de coletar, categorizar e analisar enormes quantidades de dados de fontes diversas. Segundo a Forbes, há mais de setenta anos são identificadas tentativas de quantificar o exponencial crescimento de dados. Conhecido como a “explosão da informação”, segundo Oxford English Dictionary (1941). Alguns ainda defendem que o conceito foi utilizado pela primeira vez em 1663, quando John Graunt lidou com gigantes quantidades de informações, utilizando a estatística para estudar a peste bubônica. Contudo, o termo foi popularizado em 2007 com o artigo O Fim da Teoria: O Dilúvio de Dados Torna o Modelo Científico Obsoleto.
Com
base na pesquisa da IDC (Big Data and Business Analytics Forum 2014), o volume global de dados ou “o universo digital (DU)” crescerá em um fator de 300, de 130 a 40.000 exabytes entre o ano de 2005 e 2020.
Então, imagine nos dias de hoje a quantidade de informação disponível no sistema de produção, gerenciamento coorporativo e de clientes, tudo integrado. Pois bem, agora imagine a qualidade de análises possível de ser feita com todos esses dados!
Esse é um dos contextos da indústria 4.0 para tomada de decisões mais assertivas e em tempo real! Visando sempre o aumento da competitividade, pela otimização da qualidade, identificação e tratamento de falhas, economia de energia, etc.
E agora my friend, evolução ou revolução industrial?
Acompanhamos aqui os principais aspectos que mudaram radicalmente o nosso mundo industrial e, por consequência, o pessoal. A cada novo passo, a nossa vida se transformou. Embora, a literatura apresente alguma tecnologia como sendo a principal responsável por cada revolução, verificamos que a combinação com outras tecnologias e adaptações formaram o seu alicerce.
Outra perspectiva na evolução de conceitos, como ocorrido com o Lean Manufacturing, que expandiu para outras áreas, como saúde, escritórios, startups, está pegando carona com a indústria 4.0. Pois, já temos expressões como Logistic 4.0, SCM 4.0, RH 4.0, Service 4.0, Agro 4.0, Business 4.0 e o próprio Lean 4.0.
Seguindo essa linha, a chamada quarta revolução industrial está trazendo uma mudança exponencial, caracterizada por avanços tecnológicos que permitem a fusão do mundo físico, digital e biológico. Como consequência, terá uma mudança nas relações tradicionais entre produtores, distribuidores e clientes. Inclusive pelo aparecimento de novas profissões e desaparecimento de outras.
Mesmo com tudo isso, o ser humano é o diferencial. Seja, pela capacidade de observar, refletir, planejar, projetar, provocar, liderar e claro, instigar o seu próprio desenvolvimento. As indústrias utilizarão, entre máquinas e seres humanos, seus recursos de forma mais eficiente com capacidade de criar produtos customizáveis. Isso é certo! Agora, para sabermos se realmente será uma revolução, teremos que primeiramente termos passado por ela.
Vamos aproveitar, enquanto nós ainda somos os propulsores do desenvolvimento!
Um grande abraço.
Sobre os autores
Carlo Rossano Manica é Engenheiro de Produção, Msc Inovação UFRGS, +20 anos de experiência profissional e acadêmica em tecnologia e inovação, gestão de projetos, produção e manutenção, além de três especializações em negócios. Atualmente é Diretor na Télios, professor de engenharia de produção no IPA.
Marcos André Monteiro é Engenheiro de Produção, gerente de Logística na Sidersul produtos siderúrgicos, sócio-gerente na Irmãos Monteiro transportes, +18 anos de experiência profissional em Logística, usinagem, produção e manutenção.
Referências
3D Systems <https://br.3dsystems.com/our-story>
ABDI <http://www.industria40.gov.br/>
CNI Digital <http://www.cnidigital.org/artigo/o-que-a-ind-stria-4-0-afinal>
Ideas <https://ideas.repec.org/a/ekz/ekonoz/2016106.html>
IDC Analyze The Future <https://www.emc.com/leadership/digital-universe/2012iview/executive-summary-a-universe-of.htm>
Forbes <https://www.forbes.com/sites/gilpress/2013/05/09/a-very-short-history-of-big-data/#3dbcc42665a1
Financial Times <https://www.ft.com/content/6d5d609e-02e2-11e6-af1d-c47326021344>
Kelton, D. W.; Simulation with Arena <http://web.iitd.ac.in/~nomesh/MEL770/kelton.pdf>
Datafloq <https://datafloq.com/read/6-biggest-cybersecurity-concerns-for-2018/4152>
Indusmelec <http://www.indusmelec.pt/newsletter/23/Seguranca_Industria4.pdf>
Mancini, M. – Internet das Coisas: História, Conceitos, Aplicações e Desafios <https://pmisp.org.br/documents/acervo-arquivos/241-internet-das-coisas-historia-conceitos-aplicacoes-e-desafios/file>
Ribeiro, M.; Zorzal, E. – Realidade Virtual, Realidade Aumentada I. Editora SBC – Sociedade Brasileira de Computação, Uberlândia-MG, 2011.<http://www.de.ufpb.br/~labteve/publi/2011_svrps.pdf>
SLACK, Nigel; CHAMBERS, Stuart; JOHNSTON, Robert. Administração da Produção. 3ª Edição. São Paulo: Atlas, 2009.
Saad Solution <https://www.saadsolutions.com.br/single-post/2016/08/23/Os-pilares-tecnol%C3%B3gicos-da-Ind%C3%BAstria-40>
P.S.
Os acessos aos links foram feitos em outubro de 2018.
As fontes das imagens estão nas mesmas, basta clicar para acessá-las.
Os ícones são disponibilizados no Microsoft Office 365 ProPlus.
História da família embasada em fatos reais.
