O futuro da indústria na 4ª Revolução Industrial

O futuro da indústria (“The future of the Industry”) foi o tema objeto de conferência no Ciclo de Conferencias Industria Post Covid para o Instituto de Estudios Superiores de Tamaulipas no dia 26 de março a convite da Sociedad Estudantil de Ingenieria Industrial de Altamira, Tamaulipas do México. Este artigo representa o conteúdo apresentado durante o evento.

Indústria vivencia quarta revolução

Na história da humanidade, já ocorreram três revoluções industriais. A 4ª Revolução Industrial ocorre na era contemporânea. A 1ª Revolução Industrial ocorreu no século 18, o que significou a introdução da máquina a vapor por James Watt que colocou a indústria têxtil como um símbolo da produção geradora de riquezas da época, dando um salto de produtividade e contribuindo para a expansão do capitalismo. A 1ª Revolução Industrial durou cerca de 200 anos (1712-1913).

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A 2ª Revolução Industrial que durou cerca de 60 anos (1913-1969) foi inaugurada quando Henry Ford criou a linha de produção em massa com o conceito de produção em escala, reduzindo o custo e popularizando o produto. A 2ª Revolução Industrial é a revolução do fordismo, eletrificação, produção em massa. A 3ª Revolução Industrial, que durou cerca de 40 anos (1969-2010), caracterizou-se pela automatização dos processos produtivos com a implantação de computadores na fábrica, colocando controles eletrônicos, sensores e dispositivos capazes de gerenciar um grande número de variáveis de produção, permitindo a tomada de decisões com o controle autônomo de dispositivos, cujo impacto foi aumentar a qualidade do produto, aumentar a produção, gerenciar custos e aumentar a segurança da produção.

A 3ª Revolução Industrial é a revolução do silício e da eletrônica que transformou a indústria. A 4ª Revolução Industrial já está em andamento com grande respaldo da onda de digitalização que vivemos atualmente.A 4ª Revolução Industrial ou Indústria 4.0 é caracterizada pela integração dos chamados sistemas ciberfísicos de produção, nos quais sensores inteligentes informam às máquinas como devem ser processadas. Os processos devem governar-se em um sistema modular descentralizado. Os sistemas de produção inteligentes começam a trabalhar juntos, comunicando-se sem fio, seja diretamente ou por meio de uma “nuvem” na Internet (Internet das Coisas ou Internet das Coisas ou IoT). Os sistemas rígidos de controle centralizado de fábrica agora dão lugar à inteligência descentralizada, com comunicação máquina a máquina (M2M) no chão de fábrica. Essa é a visão da Indústria 4.0 da 4ª Revolução Industrial.

Indústria 4.0: conceito nasceu na Alemanha

O termo Indústria 4.0 originou-se das estratégias do governo alemão voltadas para o avanço tecnológico. O termo foi usado pela primeira vez na Feira de Hannover em 2011. Em abril de 2013, um artigo final sobre o desenvolvimento da Indústria 4.0 foi publicado na mesma feira. Sua base fundamental é a conexão de máquinas e sistemas que permitem às empresas criar redes inteligentes em toda a cadeia de valor que podem controlar os módulos de produção de forma autônoma. Em outras palavras, as fábricas inteligentes terão a capacidade e autonomia para programar a manutenção, prever falhas de processo e se adaptar aos requisitos e mudanças não planejadas na produção. Os benefícios proporcionados pela Indústria 4.0 são os seguintes: 1) Redução de custos; 2) Economia de energia; 3) Maior segurança; 4) Preservação do meio ambiente; 5) Redução de erros; 6) Fim do desperdício; 7) Transparência nos negócios; 8) Aumento da qualidade de vida; e, 9) Customização e escala sem precedentes.

Tecnologias usadas na Indústria 4.0

1. Inteligência Artificial – Consiste na aplicação de análises avançadas e técnicas baseadas em lógica, incluindo aprendizado de máquina, para interpretar eventos, analisar tendências e comportamento do sistema, apoiar e automatizar decisões e agir.
2. Computação em nuvem: Consiste na distribuição de serviços de informática: servidores, armazenamento, bancos de dados, redes, software, análise, inteligência – por meio da Internet, utilizando memória, capacidade de armazenamento e cálculo de computadores e servidores hospedados em Datacenter, proporcionando flexibilidade de recursos e economia de escala. A computação em nuvem permite que as empresas acessem recursos de computação abundantes como um serviço e de diferentes dispositivos remotos. Dessa forma, evitam-se altos investimentos em equipamentos e pessoal de apoio, permitindo que as empresas concentrem seus investimentos em suas atividades principais.
3. Big data: Trata-se de uma abordagem para atuar sobre dados de maior variedade e complexidade que chegam em volumes crescentes e com maior velocidade utilizados para resolver problemas de negócio. Esses conjuntos de dados são tão grandes que o software de processamento de dados tradicional não consegue gerenciá-los. Técnicas estatísticas e de aprendizado de máquina são usadas para extrair informações, inferências e tendências relevantes para os negócios que não podem ser obtidas com análises humanas.
4. Cibersegurança: Trata-se de um conjunto de infraestruturas de hardware e software destinadas à proteção de ativos de informação, tratando ameaças que põem em risco a informação que é processada, armazenada e transportada pelos sistemas de informação que se interligam.
5. Internet das coisas: Consiste na interconexão entre objetos por meio de infraestrutura habilitadora (eletrônica, software, sensores e / ou atuadores), com capacidade computacional distribuída e organizada em redes, que passam a se comunicar e interagir, podendo ser monitorados e / ou controlados remotamente resultando em ganhos de eficiência.
6. Robótica avançada: São dispositivos que atuam em grande parte ou parcialmente de forma autônoma, que interagem fisicamente com as pessoas ou com seu ambiente e que são capazes de modificar seu comportamento com base em dados de sensores.
7. Manufatura Digital – Trata-se do uso de um sistema de computador integrado que consiste em ferramentas de simulação, visualização 3D, análise e colaboração para criar definições de produto e processo de manufatura simultaneamente.
8. Manufatura aditiva: Consiste na fabricação de peças a partir de um projeto digital (feito com software de modelagem tridimensional), sobrepondo finas camadas de material, uma a uma, por meio de uma impressora 3D. Podem ser utilizados materiais como plástico, metal, ligas metálicas, cerâmica e areia, entre outros.
9. Integração de sistemas: Consiste na união de diferentes sistemas de computador e aplicativos de software física ou funcionalmente, para atuar como um todo coordenado permitindo a troca de informações entre diferentes sistemas. Permite que as empresas tenham uma visão completa do seu negócio. As informações em tempo real sobre o processo de produção influenciam as decisões de gestão com mais rapidez, assim como as decisões estratégicas sobre os negócios da empresa podem ser implementadas com mais facilidade no chão de fábrica.
10. Sistemas de simulação: Consiste no uso de computadores e de um conjunto de técnicas para gerar modelos digitais que descrevem ou exibem a complexa interação entre várias variáveis dentro de um sistema, imitando processos do mundo real.
11. Digitalização: Consiste na utilização de tecnologias digitais para transformar processos de produção, desenvolvimento de produtos e / ou modelos de negócios, buscando otimização e eficiência nos processos. A transformação digital inclui: projeto e implementação de um plano de digitalização, detecção, aquisição e processamento de dados.

Indústria 4.0 engloba inovação tecnológica

Indústria 4.0 é um conceito de indústria que engloba as principais inovações tecnológicas nas áreas de automação, controle e tecnologias da informação, aplicadas aos processos de manufatura. Dos Sistemas ciberfísicos, da Internet das coisas e da Internet dos serviços, os processos de produção tendem a ser cada vez mais eficientes, autônomos e personalizáveis. Isso significa um novo período no contexto das grandes revoluções industriais. Com as fábricas inteligentes, haverá diversas mudanças na forma como os produtos são fabricados, causando impactos em diversos setores do mercado.

Tornar a Indústria 4.0 uma realidade implicará na adoção gradativa de um conjunto de tecnologias emergentes de Tecnologia da Informação e automação industrial, na formação de um sistema físico-cibernético de produção, com intensa digitalização de informações e comunicação direta entre sistemas, máquinas, produtos e pessoas, ou seja, a tão famosa Internet das Coisas (IoT). Esse processo promete gerar ambientes de manufatura altamente flexíveis e autoajustáveis à crescente demanda por produtos cada vez mais personalizados.

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Portanto, na Indústria 4.0 temos:

• Sistemas e sensores inteligentes que informam às máquinas como devem funcionar e como serão envolvidas em cada etapa do processo de fabricação, fornecendo assim dados, como feedback, para maior controle da produção.

• Os processos devem ser autogerenciados em um sistema modular descentralizado. Os sistemas inteligentes passam a funcionar em conjunto com a troca de dados e informações, diretamente e também através da “nuvem” na Internet. Como resultado, os sistemas de controle industrial serão mais complexos e distribuídos, permitindo um processo mais flexível e detalhado.

• Os antigos sistemas de controle centralizados rígidos nas fábricas agora dão lugar à inteligência descentralizada, com comunicação máquina a máquina (M2M) na fábrica.

A comunicação máquina a máquina, ou M2M, é uma tecnologia que permite que dispositivos em rede troquem informações e executem ações sem a ajuda manual de humanos. Consiste na troca automatizada de informações entre dispositivos como máquinas, veículos ou outros equipamentos da área industrial e de comércio e serviços. Esses dispositivos se comunicam entre si ou com uma localização central (banco de dados), utilizando cada vez mais a Internet e diferentes redes de acesso, como a rede celular. Uma aplicação comum é o monitoramento remoto, gerenciamento, controle e manutenção de máquinas, equipamentos e sistemas, tradicionalmente chamados de telemetria. A tecnologia M2M vinculou as tecnologias de informação e comunicação. As soluções M2M otimizam quase todos os fluxos de trabalho da indústria e resultam em ganhos de produtividade. As raízes do M2M estão firmemente plantadas na indústria de manufatura, onde outras tecnologias, como SCADA- Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados, PLC- Controlador Lógico Programável e monitoramento remoto, ajudam a gerenciar e controlar remotamente os dados dos equipamentos.

Quatro etapas para colocar a Indústria 4.0 em prática

a) Realizar o planejamento estratégico

A implementação do conceito da Indústria 4.0 requer planejamento. Estude quais são os principais problemas que a empresa enfrenta, investigue as diferentes tecnologias que podem ser adotadas e faça um plano de longo prazo para modernizar gradualmente todo o negócio. Adote a solução que fornece um alto ROI (retorno sobre o investimento).

b) Realizar projetos piloto

Por se tratarem de tecnologias de alto custo, a maioria das empresas de tecnologia que oferecem soluções para a Indústria 4.0 permite a realização de projetos-piloto. Aproveite para começar pequeno, faça testes e analise os primeiros resultados. Se tudo correr bem, invista e expanda o projeto para outras áreas da empresa.

c) Tornar-se um fanático por dados

O grande volume de dados é a base da Indústria 4.0. São essas informações que permitirão que se aproveite ao máximo os benefícios desta nova era. No entanto, não faz sentido ter milhões de dados à disposição e não analisá-los e tomar decisões importantes com base neles. Portanto, é necessário mergulhar nos dados, estudar e basear todas as suas ações nos caminhos que elas indicam. É hora de abandonar o “feeling” e tomar decisões mais precisas.

d) Ter uma equipe treinada

Nenhuma tecnologia funcionará a menos que haja uma equipe treinada para operá-la. Os profissionais da Indústria 4.0 precisam se reinventar, Será cada vez mais necessário ter habilidades analíticas e de interpretação de dados. Além disso, é preciso dispor de uma equipe que se adapte com facilidade e aprenda com rapidez, pois as inovações estão em constante mudança e sempre há novidades no mercado.

Novo perfil profissional para a indústria

A 4ª Revolução Industrial ou Indústria 4.0 exige um novo perfil profissional. Para trabalhar no chão de uma fábrica digital, é preciso desenvolver habilidades essenciais. Os técnicos não realizarão mais funções repetitivas. Eles estarão focados em tarefas estratégicas e controle de projetos. Quem quiser conquistar um espaço nas fábricas do futuro deve desenvolver novas competências. Será necessário, por exemplo, aprender a trabalhar lado a lado com robôs inteligentes e colaborativos para aumentar a produtividade. Isso cria espaço para funções mais complexas e criativas.

O profissional das fábricas do futuro não será responsável apenas por exercer uma parte específica da linha de montagem, mas por todo o processo produtivo. Esse profissional precisa estar aberto às mudanças, ter flexibilidade para se adaptar a novas funções e se acostumar com o aprendizado multidisciplinar contínuo. É muito importante que o profissional tenha uma visão ampla. Ter uma visão multidisciplinar não significa que o conhecimento técnico especializado tenha perdido importância no currículo. Uma formação acadêmica em engenharia da computação ou mecatrônica é importante, mas não suficiente. É preciso se especializar em várias frentes e saber um pouco sobre cada coisa. É preciso gostar de tecnologia, inovação e, acima de tudo, ter curiosidade em aprender e acompanhar uma indústria que está sempre se reinventando. Com tantas mudanças, o profissional inserido na Indústria 4.0 precisa se adaptar a esta nova realidade.

O Engenheiro de Produção na Indústria 4.0 é responsável por gerenciar e otimizar processos, reduzindo custos e desperdícios, inserindo inteligência e integração. Na Indústria 4.0, também conhecida como 4ª Revolução Industrial, o trabalho do Engenheiro de Produção é tão importante e necessário, pois ele é o profissional responsável por todos os processos produtivos de uma organização, desde o manuseio da matéria-prima, até a entrega do produto final. Além disso, o especialista em Engenharia de Produção precisa estar atualizado com as mudanças tecnológicas e atento às tendências e inovações que a área vai sofrer, sempre pensando em formas de reduzir custos e evitar desperdícios, considerando os aspectos ambientais, econômicos e sociais.

O Engenheiro de Produção atua tanto na Indústria – como fábricas e montadoras – quanto na área de serviços, por exemplo, em consultorias, bancos e hospitais, entre outros. As principais atividades são planejamento, logística, engenharia de sustentabilidade, controle e melhoria de processos, gestão da qualidade, análise de riscos, manufatura digital, simulação de processos e cenários de negócios e gestão de tecnologia. É fundamental treinar o Engenheiro de Produção em técnicas como programação, robótica colaborativa e análise de dados, além de desenvolver habilidades socioemocionais com métodos que estimulem a criatividade, o empreendedorismo, a liderança e a comunicação. O Engenheiro de Produção deve ter uma formação multidisciplinar e, portanto, deve estar preparado para entender os diferentes processos das organizações em diferentes áreas. O engenheiro de produção terá capacidade para atuar em diversas áreas, garantindo alta empregabilidade e desenvolvimento profissional dinâmico.

O futuro Engenheiro de Produção deve ser capaz de desenvolver projetos que realizem a conexão e integração de processos, incluindo as áreas de manufatura, fornecedores, distribuição, seleção de tecnologias, em um ambiente de Indústria 4.0. O Engenheiro de Produção atuará fortemente neste ambiente, desenvolvendo projetos para integrar e inserir inteligência nos processos. As competências essenciais que o Engenheiro de Produção deve desenvolver estão relacionadas à capacidade de analisar informações e dados relacionados a diferentes processos e sistemas, habilidades de comunicação para lidar com diferentes ambientes culturais e tecnológicos, domínio da modelagem de sistemas, métodos de análise e design. Informação, aprendizagem capacidade para enfrentar os desafios organizacionais e as novas tecnologias e ter uma conduta ética e humanística para garantir a harmonia dos seus projetos com a construção de uma sociedade integral e justa.

Educação para a Indústria 4.0

A Indústria 4.0 impõe a necessidade de mudanças nos cursos das áreas de engenharia, administração e outras, para se adequar às novas necessidades das novas tecnologias. Um dos objetivos do sistema educacional de um país é planejar a preparação e a reciclagem das pessoas para o mercado de trabalho. É responsabilidade dos planejadores do sistema educacional identificar o papel do ser humano no mundo do trabalho do futuro com fábricas inteligentes para realizar uma ampla revolução no ensino em todos os níveis, incluindo qualificação de professores e estruturação de unidades de ensino para preparar seus alunos para um mundo de trabalho no qual as pessoas terão que lidar com máquinas inteligentes.

Os programas de ensino das unidades educacionais em todos os níveis, incluindo a Engenharia de Produção, devem ser profundamente reestruturados para atingir esses objetivos. O sistema de educação do futuro requer o seguinte:

a) Sala de aula – Em vez de ser destinada à teoria, a sala de aula deve ser destinada à prática. O aluno aprende teoria em casa e pratica em sala de aula com a ajuda de um professor / mentor. O modelo mais interessante e promissor de utilização das tecnologias é concentrar o que é informação básica no ambiente virtual e em sala de aula as atividades mais criativas e supervisionadas. A combinação de aprendizagem por desafios, problemas reais e jogos é muito importante para que os alunos aprendam fazendo, aprendam juntos e aprendam no seu próprio ritmo. E é também decisivo valorizar mais o papel do professor como gestor de processos ricos de aprendizagem significativa e não de simples transferência de informações. Se mudarmos a mentalidade dos professores para serem mediadores, eles poderão usar recursos próximos, tecnologias simples, como as de seus telefones celulares, uma câmera para ilustrar, um programa gratuito para coletar imagens e contar histórias interessantes com eles e os os alunos sejam autores, protagonistas do seu processo de aprendizagem.

b) Papel do professor- O articulador das fases individuais e grupais é o professor, com capacidade para monitorar, mediar, analisar os processos, resultados, lacunas e necessidades, a partir dos percursos percorridos pelos alunos individualmente e em grupo. Este novo papel do professor é mais complexo do que o anterior de transmitir informações. É necessária preparação em competências mais amplas, bem como conhecimento do conteúdo, como se adaptar ao grupo e a cada aluno e planejar, monitorar e avaliar atividades significativas e diferentes. Como a tecnologia traz mais eficiência e vem substituindo cada vez mais o trabalho humano em diversas áreas, o professor deve dar ênfase à formação dos alunos, considerando a presença de competências essencialmente humanas e valorizando ainda mais as interações sociais. As unidades de ensino devem fornecer mais oportunidades para os alunos adquirirem habilidades do mundo real que farão a diferença em seu trabalho. Isso significa mais espaço para horários de trabalho, mais projetos colaborativos, mais prática.

c) Aprendizagem personalizada – Os alunos devem aprender com ferramentas adaptadas às suas capacidades, podendo aprender em diferentes momentos e locais. Isso significa que alunos acima da média serão desafiados com exercícios mais difíceis e aqueles com mais dificuldade terão a oportunidade de praticar mais até atingir o nível desejado. Este processo permitirá que os professores vejam claramente que tipo de ajuda cada aluno precisa.

d) Aplicabilidade prática – O conhecimento não deve ser apenas na teoria, deve ser colocado em prática através de projetos para que os alunos adquiram o domínio da técnica e também pratiquem a organização, o trabalho em equipe e a liderança. Trabalhar com desafios, com projetos reais, com jogos parece o caminho mais importante hoje, mas pode ser feito de várias maneiras e em diferentes contextos. Pode ser ministrado por problemas e projetos em um modelo disciplinar e em modelos sem disciplinas isoladas; com modelos mais abertos – de uma construção mais participativa e procedimental – e com modelos mais roteirizados, previamente elaborados, planejados nos menores detalhes para criar desafios, atividades, jogos que realmente tragam as habilidades necessárias para cada etapa, que requeiram informações relevantes, que oferecem recompensas estimulantes, que combinam percursos pessoais com participação significativa em grupos, que se inserem em plataformas adaptativas, que reconhecem cada aluno e ao mesmo tempo aprendem através da interação, tudo utilizando as tecnologias adequadas.

e) O novo sistema de avaliação – Muitos argumentam que a forma atual de perguntas e respostas dos testes não é eficaz, pois muitos alunos apenas memorizam o conteúdo e esquecem no dia seguinte à avaliação. No entanto, esse sistema não avalia adequadamente o que o aluno é realmente capaz de fazer com aquele conteúdo na prática. Portanto, a tendência é que as avaliações comecem a ocorrer na realização dos projetos reais.

Quais competências essenciais as unidades de ensino devem desenvolver para a formação de Engenheiros de Produção da Indústria 4.0?

1. Conceito de Indústria 4.0
2. Inteligência artificial
3. Computação em nuvem
4. Big data
5. Segurança cibernética
6. Internet das coisas
7. Robótica avançada
8. Fabricação digital
9. Fabricação aditiva
10. Integração de sistemas
11. Sistemas de simulação
12. Digitalização
13. M2M ou Comunicação máquina a máquina
14. PLC ou controlador lógico programável
15. Sistema SCADA ou Sistema de Supervisão e Aquisição de Dados

Fernando Alcoforado, 81, condecorado com a Medalha do Mérito da Engenharia do Sistema CONFEA/CREA, membro da Academia Baiana de Educação, engenheiro e doutor em Planejamento Territorial e Desenvolvimento Regional pela Universidade de Barcelona, professor universitário e consultor nas áreas de planejamento estratégico, planejamento empresarial, planejamento regional e planejamento de sistemas energéticos, é autor dos livros Globalização (Editora Nobel, São Paulo, 1997), De Collor a FHC- O Brasil e a Nova (Des)ordem Mundial (Editora Nobel, São Paulo, 1998), Um Projeto para o Brasil (Editora Nobel, São Paulo, 2000), Os condicionantes do desenvolvimento do Estado da Bahia (Tese de doutorado. Universidade de Barcelona, http://www.tesisenred.net/handle/10803/1944, 2003), Globalização e Desenvolvimento (Editora Nobel, São Paulo, 2006), Bahia- Desenvolvimento do Século XVI ao Século XX e Objetivos Estratégicos na Era Contemporânea (EGBA, Salvador, 2008), The Necessary Conditions of the Economic and Social Development- The Case of the State of Bahia (VDM Verlag Dr. Müller Aktiengesellschaft & Co. KG, Saarbrücken, Germany, 2010), Aquecimento Global e Catástrofe Planetária (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do RioPardo, São Paulo, 2010), Amazônia Sustentável- Para o progresso do Brasil e combate ao aquecimento global (Viena- Editora e Gráfica, Santa Cruz do RioPardo, São Paulo, 2011), Os Fatores Condicionantes do Desenvolvimento Econômico e Social (Editora CRV, Curitiba, 2012), Energia no Mundo e no Brasil- Energia e Mudança Climática Catastrófica no Século XXI (Editora CRV, Curitiba, 2015), As Grandes Revoluções Científicas, Econômicas e Sociais que Mudaram o Mundo (Editora CRV, Curitiba, 2016), A Invenção de um novo Brasil (Editora CRV, Curitiba, 2017), Esquerda x Direita e a sua convergência (Associação Baiana de Imprensa, Salvador, 2018, em co-autoria) e Como inventar o futuro para mudar o mundo (Editora CRV, Curitiba, 2019).