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Homem no monitoramento do desempenho de uma fábrica inteligente com SAP

O que é uma fábrica inteligente?

Como o nome indica, uma fábrica inteligente é… inteligente. Com uma rede interconectada de máquinas, mecanismos de comunicação e poder de computação, a fábrica inteligente é um sistema físico cibernético que usa tecnologias avançadas, como IA (inteligência artificial) e Machine Learning para analisar dados, conduzir processos automatizados e aprender ao longo do tempo.

 

Produção e fábricas inteligentes fazem parte da transformação tecnológica conhecida como Indústria 4.0 ou Quarta Revolução Industrial. Cada uma das três primeiras revoluções industriais nasceu com o surgimento de uma tecnologia inovadora que mudou completamente a forma como trabalhamos e fabricamos produtos: o motor a vapor, a linha de montagem e a potência do computador. Hoje, a quarta revolução é impulsionada pela transformação digital e a automação inteligente.

O que é uma fábrica inteligente

Fábricas inteligentes para um mundo em constante mudança

Nos últimos anos, os líderes de negócios têm visto com clareza que a transformação digital é uma prioridade urgente para cadeias de suprimentos e operações de produção que quiserem ser competitivas e resilientes na década de 2020. A pandemia expôs ainda mais as deficiências globais das cadeias de suprimentos e as vulnerabilidades do setor. Um artigo da revista Forbes reiterou isso, afirmando que "a COVID-19 mostrou ao mundo algo que o setor de produção já deveria saber. Há falhas nos ecossistemas de produção e nas cadeias de suprimentos tradicionais, e precisamos migrar para soluções mais ágeis e adaptáveis, 100% habilitadas digitalmente".

 

As expectativas do consumidor também contribuem para o desenvolvimento de tecnologias da fábrica inteligente e da fábrica do futuro. Conhecida como o Efeito Amazon, a demanda dos consumidores por entregas no dia seguinte vem aumentando em um ritmo constante e acelerado. De acordo com a revista Entrepreneur, em 2019, "Para o bem ou para o mal, a economia nos EUA e em todo o mundo está sofrendo com o Efeito Amazon. […] Os fornecedores de e-commerce têm sofrido pressão cada vez maior para alcançar a velocidade e a eficiência da Amazon, e não há indícios de que as expectativas dos consumidores estejam amenizando". Essa tendência tem sido um fator importante na crescente demanda por tecnologia de fábrica inteligente, pois sistemas ultrapassados não são suficientes para atender à escala de capacidade de armazenamento e logística necessária para acompanhar esse fenômeno.

 

Fabricantes e gerentes de cadeia de suprimentos enfrentam mais riscos e disrupções operacionais em seus esforços para minimizar a dependência de parceiros internacionais. Soluções de fábrica inteligente, como produção on demand e estoques virtuais, certamente, podem minimizar a dependência de fornecedores e fabricantes no exterior. No entanto, como a Harvard Business Review aponta em um artigo de 2020, falar é fácil, o difícil é trazer a produção de volta aos EUA. “Os fabricantes aderiram a especialistas e subcontratados que se concentram estritamente em uma única área – e mesmo esses especialistas dependem de vários outros experts. Assim como o mundo passou a contar com diferentes regiões para o suprimento de recursos naturais como minério de ferro ou lítio metal, também tornou-se dependente de regiões onde residem os especialistas”. O aumento da produção interna certamente pode reduzir o custo e o risco da cadeia de suprimentos, mas não elimina necessariamente a dependência em parceiros no exterior nem reduz o número total de elos na cadeia. Portanto, nunca foi tão vital implementar tecnologias de fábrica digital para otimizar a eficiência e a visibilidade.

Como funciona uma fábrica inteligente?

Costumamos falar sobre processos automatizados como se fossem exclusivos de uma fábrica inteligente – mas a automação e a robótica estão em uso há décadas em operações de produção. Muitas fábricas tradicionais usam máquinas automatizadas, como leitores de código de barras, câmeras e equipamentos de produção digitalizados em várias partes das operações, mas esses dispositivos não estão interconectados. Os sistemas de gerenciamento de pessoas, ativos e dados em uma fábrica tradicional operam isoladamente uns dos outros e devem ser coordenados e integrados manual e continuamente.

 

Uma fábrica digital inteligente trabalha integrando máquinas, pessoas e Big Data em um único ecossistema conectado digitalmente. Uma fábrica inteligente não só analisa e faz a curadoria de dados, como também aprende com a experiência. Ela interpreta e obtém insights de conjuntos de dados para prever tendências e eventos, bem como para recomendar e implementar workflows de produção inteligentes e processos automatizados. Uma fábrica inteligente aprimora os procedimentos continuamente para autocorrigi-los e otimizá-los, aprendendo (e ensinando os humanos) a ser mais resiliente, produtiva e segura.

 

A estrutura de uma fábrica inteligente

 

A estrutura básica de uma fábrica inteligente pode ser resumida em três etapas:

Estrutura de uma fábrica inteligente

Os três principais procedimentos que formam uma fábrica inteligente

  1. Obtenção de dados: a inteligência artificial e as modernas tecnologias de banco de dados permitem a curadoria e a obtenção de diferentes conjuntos de dados úteis em toda a empresa, cadeia de suprimentos e no mundo. Por meio de sensores e gateways, a IIoT (Internet das Coisas Industrial) permite que máquinas conectadas coletem dados no sistema. Através de vários outros portais de dados, os sistemas baseados em IA podem compilar conjuntos de dados relacionados ao desempenho, tendências de mercado, logística ou qualquer outra fonte potencialmente relevante.
  2. Análise de dados: sistemas de negócios inteligentes e de Machine Learning usam funções analíticas avançadas e modernas soluções de gerenciamento de dados para entender todos os dados dispersos coletados. Sensores da IIoT podem avisar quando as máquinas precisam de reparo ou manutenção. É possível compilar os dados operacionais e de mercado para identificar oportunidades e riscos. As eficiências dos workflows podem ser estudadas ao longo do tempo para otimizar o desempenho e a autocorreção, conforme prometido. Na verdade, os conjuntos de dados que podem ser comparados e analisados apresentam uma possibilidade quase infinita de combinações para embasar a otimização da fábrica digital e as previsões da cadeia de suprimentos.
  3. Automação da fábrica inteligente: após a obtenção e a análise de dados, os workflows são estabelecidos e as instruções são enviadas para as máquinas e dispositivos dentro do sistema. Esses dispositivos podem estar na própria fábrica ou em alguma instalação distante nos elos de logística ou produção da cadeia de suprimentos. Workflows e processos inteligentes são monitorados e otimizados continuamente. Se um relatório avisar sobre um pico na demanda de um determinado produto, os workflows da impressora 3D podem ser instruídos a aumentar a prioridade de produção desse item. Se houver atraso em uma remessa de matérias-primas, os estoques de reserva podem ser colocados em rotação para eliminar qualquer disrupção.

Benefícios da fábrica inteligente

Muitas empresas se contentaram com operações e sistemas da cadeia de suprimentos que basicamente não mudaram em décadas. Entretanto, com os altos níveis de expectativas do consumidor e a incerteza econômica, os gerentes da cadeia de suprimentos precisam de soluções que possam proporcionar benefícios mensuráveis e significativos – e que façam isso rapidamente. De acordo com a revista Forbes, em 2017, apenas 43% dos fabricantes tinham iniciativas de fábrica inteligente em andamento. Em 2019, esse número passou a 68%. Empresas que investem em soluções de transformação digital e fábrica inteligente podem colher benefícios significativos nos negócios, entre os quais:   

  • Produtividade e eficiência: ao longo de sua história, o setor de produção tem se dedicado principalmente a reagir – analisando um evento ou tendência que já aconteceu para então tentar conduzir os negócios em uma direção diferente após o fato. As tecnologias de fábrica inteligente são projetadas para reduzir a necessidade de práticas reativas e avançar a gestão da cadeia de suprimentos para um modo mais resiliente e responsivo. O uso de funções analíticas preditivas e análise de Big Data viabiliza a identificação e a implementação de processos otimizados. Gestão de estoque just-in-time, previsões precisas de demanda e aceleração do lançamento de produtos no mercado são alguns dos benefícios de eficiência que as fábricas inteligentes oferecem. Munidas de insights digitais, as pessoas que trabalham em fábricas inteligentes também podem simplificar seus esforços, aumentando a produtividade geral da operação. Em seu estudo sobre fábrica inteligente de 2019, a Deloitte revela que "as empresas afirmam ter ganhos de até 12% em áreas como produção, utilização de fábrica e produtividade da mão de obra depois de investirem em iniciativas de fábrica inteligente. Além disso, as fábricas inteligentes provavelmente superarão as tradicionais com produtividade líquida de mão de obra 30% maior até 2030". 
  • Sustentabilidade e segurança: os consumidores mostram-se cada vez mais dispostos a gastar um pouco mais em produtos que eles sabem ter sido originados e fabricados com métodos social e ambientalmente responsáveis. Com as modernas tecnologias de fábrica inteligente, nunca foi tão fácil identificar e implementar oportunidades para práticas de produção mais ecológicas, seguras e socialmente responsáveis. Inovações digitais, como blockchain e sensores RFID, podem ser usadas por gerentes de fábricas inteligentes para garantir procedência e controle de qualidade irrefutáveis de todos os materiais e suprimentos – provenientes até mesmo dos elos mais distantes da cadeia de suprimentos. A International Society of Automation ressalta um aspecto importante ao afirmar que robôs e dispositivos automatizados podem ajudar a reduzir ou eliminar três das cinco principais causas de ferimentos no local de trabalho.
  • Qualidade do produto e experiência do cliente: a exemplo do que acontece na brincadeira infantil de telefone sem fio, os fabricantes tradicionais costumam ter dificuldade em garantir que suas diretrizes sejam recebidas com precisão e seguidas pelos fornecedores e fabricantes nos níveis posteriores das cadeias de suprimentos. Na fábrica inteligente, a conectividade na nuvem e a visibilidade de ponta a ponta em fábricas inteligentes traz insights e recomendações em tempo real a todos os níveis do processo de produção. Graças à rapidez na personalização e na resposta às mudanças nas tendências, os produtos permanecem sempre atualizados com os desejos dos clientes. A análise avançada de dados do sistema identifica rapidamente pontos fracos ou áreas para melhorias. Isso promove maior competitividade no mercado, melhores reviews de produtos e redução dos custos de devoluções ou recalls.

Tecnologias de fábrica inteligente

As tecnologias de fábrica inteligente são extremamente ágeis. À medida que as iniciativas de transformação digital aumentam em uma empresa, há possibilidades quase infinitas de escalar, modificar e adaptar-se conforme necessário. 

  • Conectividade na nuvem: seja pública, privada ou híbrida, a nuvem é o canal pelo qual todos os dados e informações fluem em uma fábrica inteligente. A conectividade global na nuvem e em toda a empresa garante que cada área de negócios opere com dados em tempo real e que haja visibilidade imediata de todos os ativos e sistemas conectados na cadeia de suprimentos.  
  • Inteligência artificial: os sistemas operacionais que usam tecnologias de IA integradas têm velocidade, potência e flexibilidade não só para reunir e analisar conjuntos de dados díspares, como também para fornecer insights e recomendações de resposta em tempo real. Os processos automatizados e os sistemas inteligentes em uma fábrica inteligente são continuamente otimizados e alimentados por inteligência artificial.  
  • Machine Learning: um dos benefícios mais valiosos do Machine Learning para a fábrica inteligente é a capacidade de manutenção preditiva avançada. O monitoramento e a análise dos processos de produção permitem enviar alertas antes da ocorrência de falhas no sistema. Dependendo da situação, pode ser feita a manutenção automatizada ou, se necessário, pode ser recomendada a intervenção humana. 
  • Big Data: conjuntos de dados robustos e volumosos permitem a execução de funções analíticas preditivas e avançadas na fábrica inteligente. As empresas há muito tempo entendem o valor estratégico do Big Data, mas, até pouco tempo atrás, muitas vezes não tinham os sistemas necessários para fazer uso significativo dele. A transformação digital nas cadeias de suprimentos e fábricas inteligentes abriu enorme potencial para as empresas otimizarem e inovarem usando insights de Big Data.  
  • IIoT (Internet das Coisas Industrial): na fábrica inteligente, os dispositivos e máquinas equipados com identificadores exclusivos e capacidade de enviar e receber dados digitais compõem uma rede IIoT. Há máquinas modernas que já possuem portais digitais, mas até mesmo máquinas analógicas, fabricadas há décadas, podem ser atualizadas com a instalação de dispositivos de gateway IIoT. Basicamente, os dados enviados dos relatórios do dispositivo sobre seu status e atividade, e os dados enviados para o dispositivo controlam e automatizam as ações e workflows do equipamento.  
  • Gêmeos digitais: uma réplica exata e virtual de uma máquina ou sistema torna-se um gêmeo digital, que permite o máximo de inovação e criatividade com o mínimo de risco operacional, podendo ser levado ao limite, reconfigurado de várias maneiras virtuais ou testado quanto à compatibilidade em um sistema existente – tudo sem incorrer em risco ou desperdício de recursos no mundo físico.  
  • Impressão aditiva: também conhecida como impressão 3D, permite que fábricas inteligentes usem automação inteligente para produção on demand. Esse processo é de grande importância em tempos de disrupção inesperada da cadeia de suprimentos ou demanda repentina por um produto. Mas até com os negócios rotineiros, os estoques virtuais podem minimizar consideravelmente o risco e o desperdício, viabilizando a produção just-in-time. 
  • VR (realidade virtual) e AR (realidade aumentada): em 2019, a Assembly Magazine descreveu algumas das aplicações de wearables de VR na fábrica inteligente como "a capacidade de unir condições ambientais, níveis de estoque, status dos processos, dados de erros de montagem, utilização e métricas de desempenho de maneira contextualizada (onde você olha ou anda)". Essa experiência sensorial imersiva permite que os usuários ampliem seus sentidos naturais com dados em tempo real de qualquer local ou ponto no tempo, obtendo total consciência do status da fábrica.  
  • Blockchain: felizmente, as soluções de segurança têm acompanhado o ritmo do avanço das tecnologias da fábrica inteligente. O blockchain tem muitas aplicações na cadeia de suprimentos, desde a criação de “contratos inteligentes” com os fornecedores até o rastreamento da procedência das mercadorias e do processamento em toda a jornada da cadeia de suprimentos. Nas fábricas inteligentes, o blockchain é especialmente útil para gerenciar o acesso a máquinas e ativos conectados em toda a empresa – preservando a segurança do sistema e a precisão dos registros mantidos por esses dispositivos.  
  • Banco de dados moderno: bancos de dados in-memory e modernos sistemas ERP são os “cérebros” por trás da Indústria 4.0 e todas as soluções de fábrica inteligente e de cadeia de suprimentos inteligente. Bancos de dados legados baseados em disco são forçados – não raro muito além dos limites – para acompanhar a complexa funcionalidade de gerenciamento de dados e funções analíticas necessária para executar fábricas inteligentes e cadeias de suprimentos modernas. 

Como realizar a transformação na fábrica inteligente

O ano de 2020 trouxe enormes disrupções e riscos operacionais para empresas em todo o mundo. Antes da COVID-19, uma pesquisa da Deloitte conduzida em 2019 com mais de 600 executivos de nível sênior do setor de produção revelou que 86% dos entrevistados acreditavam que, nos próximos cinco anos, “as iniciativas de fábrica inteligente serão o fator determinante da competitividade no setor de produção”. Hoje, mais do que nunca, a transformação digital e a modernização da cadeia de suprimentos passaram de metas de longo prazo para prioridades urgentes e imediatas nas empresas determinadas a inovar e competir.  

 

A forma de iniciar a transformação de sua fábrica inteligente dependerá do status atual e de quais processos são mais importantes para sua empresa. Uma auditoria inicial dos sistemas ajudará você a analisar e avaliar processos, ativos e sistemas de negócios existentes.  Antes de começar a automatizar workflows e processos de produção, você precisará avaliar como eles funcionam hoje.   

 

No início de sua jornada de transformação digital, também é importante lembrar que a “inteligência” da fábrica inteligente vem de uma avançada capacidade de análise e gerenciamento de dados. Um banco de dados moderno e um sistema ERP robusto são os cérebros por trás de uma fábrica inteligente, dando suporte à funcionalidade avançada que norteia o sistema. Um fator importante no sucesso de qualquer transformação de fábrica inteligente é a capacidade dos sistemas de negócios existentes em gerenciar Big Data e integrar tecnologias como IA, Machine Learning e funções analíticas avançadas. 

 

Por fim, uma das melhores coisas sobre transformação de fábrica inteligente é que, para ser eficaz, ela não precisa ser feita de uma só vez nem requer pausas ou interrupções nas atividades de negócios. Cada iniciativa que uma empresa toma para modernizar e otimizar seus sistemas digitais os aproximará de uma fábrica inteligente e totalmente integrada. Além disso, pela própria natureza, as tecnologias de fábrica inteligente reúnem e analisam dados. Ou seja, o impacto e o ROI de qualquer nova tecnologia digital pode ser medido e avaliado desde o momento da instalação.

Fábricas inteligentes em ação

  • Veja como o desenvolvimento de processos mais transparentes na fábrica inteligente ajudou a Absen a aumentar a produtividade.
  • Saiba como o compromisso com a transformação digital levou a Kersen a criar uma fábrica mais dinâmica e inteligente.
  • Descubra como a automação e a conectividade ajudaram a WAGO a desenvolver uma estrutura interconectada para maquinário de qualquer idade.
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