Indústria 4.0

INDÚSTRIA 4.0 OS DESAFIOS DAS INDÚSTRIAS E DOS PROFISSIONAIS NO BRASIL SOB A ÓTICA DA INDÚSTRIA DE EXTRUSÃO DE POLÍMERO. por Eng. Marcelo P. Moraes

01 A INDUSTRIA 4.0 02

O PROFISSIONAL DO FUTURO 03 A REALIDADE DA INDÚSTRIA BRASILEIRA

04

O PROCESSO DE EXTRUSÃO 05 O USO DAS TECNOLOGIAS DIGITAIS

06

P&D - PESQUISA E DESENVOLVIMENTO 07 PENSAR EM INDÚSTRIA 4.0 EM TEMPOS DE CRISE?

INDÚSTRIA 4.0 - Os Desafios das Indústrias e dos Profissionais no Brasil sob a Ótica da Indústria de Extrusão Polímero

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A INDÚSTRIA 4.0

Deu-se início no ano de 2012 na Alemanha, um novo conceito de manufatura avançada, chamada de indústria 4.0 ou quarta revolução industrial. A 1ª Revolução Industrial é datada de 1760, quando na Inglaterra deu-se início a produção das máquinas a vapor, que impulsionaram o crescimento da indústria têxtil e de ferro, já em 1825 foi lançada a primeira locomotiva movida a vapor do mundo. Em 1850 a 2ª Revolução Industrial iniciou com o avanço das tecnologias que permitiram a invenção de navios a vapor, prensa móvel, a energia elétrica, o telefone e o carro, este último alavancou a produção em massa de bens de consumo, já no ano de 1906 o brasileiro Santos Dumont decola com seu avião 14-Bis. No ano 1950 a 3ª Revolução Industrial inicia uma transformação profunda na produção e pela rapidez do desenvolvimento de novas tecnologias que mudaram a indústria, a economia e a sociedade através da criação da Internet. Já a 4ª Revolução Industrial que se originou a partir de um

projeto do governo alemão, no qual se assegurava que a tecnologia era um excelente alicerce para a mudança e evolução necessárias na indústria de todo o mundo, definindo sistemas de produção inteligentes, conectando máquinas, sistemas e ativos. Esta nova revolução industrial possibilita coletar e analisar dados entre

máquinas, criando processos mais rápidos, muito mais flexíveis e mais eficientes para produzir produtos de maior qualidade a custos reduzidos. Esta realidade só se torna possível devido aos crescentes avanços tecnológicos das áreas da tecnologia da informação e da engenharia. A quarta revolução industrial tem como objetivo a criação de sistemas de produção inteligentes, envolvendo as tecnologias físicas, digitais e a integração de todas as etapas do desenvolvimento de um produto ou processo, o que traz como grande impacto positivo mais eficiência e aumento da produtividade. Podendo destacar a aplicação de algumas plataformas tecnológicas e digitais que podem ser evidenciadas nestes processos, entre elas podemos destacar: Acompanhar e analisar dados em tempo t empo real; A simulação computacional e a Realidade Virtual; A descentralização dos processos decisórios com o propósito de melhorar a produção na indústria; O conceito de modularização do sistema, dividindo em partes distintas para utilizar somente os recursos necessários para a realização de cada tarefa. Para que este sistema possa ser aplicado são necessárias tecnologia que são os sustentáculos desta quarta revolução (Big data e análise de dados; robótica; simulação; internet





das coisas “Internet of Things”; cibersegurança; cloud computing; manufatura aditiva; impressão 3D; sistemas de integração horizontal e vertical e realidade aumentada).

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O PROFISSIONAL DO FUTURO

Um exemplo desse tipo de revolução tecnológica que vivenciamos, não faz tanto tempo assim, foi a entrada dos computadores na rotina das empresas e de seus funcionários, uma geração inteira precisou se adaptar e aprender a lidar com um novo recurso, isso atingiu desde os processos administrativos até a manufatura. Com a tecnologia praticamente tomando conta dos processos de manufatura, uma das exigências naturais que as emp res as fa rão é justamente a flexibilidade para se adaptar ao meio. Isso significa que as pessoa s deverão demonstrar habilidade para lidar com diferentes tecnologias e interesse no aprendizado constante em relação às novas funções que surgirão nesse horizonte. Os profissionais terão um papel mais estratégico, com conhecimento mais técnico e especializado, o trabalho tende a ser muito mais flexível, pois as pessoas terão de lidar com máquinas e sistemas inteligentes. No dia a dia, isso representa a necessidade de muito estudo, pesquisa e capacitação. Os profissionais deverão cada vez mais correr em busca de conhecimento para compreender esse novo momento e estarem prontos para ele. Portanto, ao mesmo tempo em que muitas funções tendem

seja, não basta mais estar focado em uma única competência. É importante ter boa qualificação e ser especialista em alguma área. No entanto, será fundamental também ter conhecimento sobre outros setores e transitar bem entre eles, pois conversarão em uma frequência muito maior. Podemos resumir o perfil do profissional do futuro em cinco habilidades: habilidade digital, como sendo a facilidade em manusear novas tecnologias como software de gestão, comunicação móvel, big data e internet das coisas é um requisito essencial para entrar no ritmo de uma rotina marcada pela conectividade automatizada de máquinas e equipamentos; inteligência sustentável , como o novo profissional da indústria nacional tem de atuar para desenvolver sistemas autossustentáveis e que reduzam gastos de produção, dessa forma, tem a missão de otimizar processos e implementar novos processos sustentáveis; adaptação à demanda, será necessário abrir mão da estabilidade e estar preparado para as constantes mudanças no dia a dia. a implementação e adequação de novas máquinas e equipamentos aos processos de cada empresa acarretará na necessidade de um profissional flexível, disposto a aprender e realizar diferentes tarefas; compreensão do mercado, como as peças serão produzidas sob demanda do cliente, haverá um crescimento da prática de customização de produtos. Soma-se a isso a chegada da geração y ao mercado consumidor e





significa prever problemas e reduzir custos, especialmente o convívio com a equipe técnica são fatores cruciais para o avanço de linhas de produção integrado à manufatura avançada. Segundo pesquisa realizada em abril de 2016 pela Confederação Nacional da Indústria (CNI) a falta de profissionais qualificados é umas das barreiras que dificultam a adoção de tecnologias digitais. A educação aparece em segundo lugar: para 42% das empresas o investimento em novos modelos de educação e em programas de treinamento deve ser uma das prioridades deste novo cenário.

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competitivi dade da indúst ria. O desconhecimento é significativamente maior entre as pequenas empresas (57%). Entre as grandes empresas, o percentual de empresas que não identificaram alguma das 10 tecnologias digitais apresentadas como importante para a competitividade cai para 32%. A pesquisa feita pela CNI foi baseada em 10 tecnologias:

A REALIDADE DA INDÚSTRIA BRASILEIRA

A realidade do Brasil é bem diferente, segundo pesquisa realizada pela CNI, o uso de tecnologias digitais na indústria brasileira é pouco difundido. Do total das indústrias, 58% conhecem a importância dessas tecnologias para a competitividade da indústria e menos da metade as utilizam. O avanço da Indústria 4.0 no Brasil depende de maior conhecimento por parte das empresas dos ganhos da digitalização, tanto com respeito ao aumento da produtividade como às oportunidades de novos modelos de negócio, flexibilização e customização da produção além da redução do tempo de lançamento de produtos no mercado. O alto custo, colocado como um dos principais entraves, pode ser atenuado com a implantação por etapas. O maior acesso à informação e a identificação de parceiros ajudarão na redução da incerteza e na mudança de cultura da empresa. A in indú dúst stririaa br bras asililei eira ra ai aind ndaa es está tá se

Fonte: Pesquisa CNI

1) Automação digital sem sensores; 2) Au Auto toma maçã çãoo di digi gita tall co com m se sens nsor ores es pa para ra 3)

4)

5) 6) 7)

controle de processos; Monitoramento e controle remoto da produção com sistemas do tipo MES e SCADA; Aut A utom omaç ação ão di gi gitt al co com m se sens nsor ores es co com m identificação de produtos, condições operacionais e linhas flexíveis; Sistemas integrados de engenharia para desenvolvimento e manufatura de produtos; Manufatura aditiva, prototipagem rápida e impressão 3D; Simulações e análises de modelos virtuais,





ao produto; 10) Incorporação de serviços digitais nos produtos, exemplo: “internet das coisas” ou Product Service Systems;

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O PROCESSO DE EXTRUSÃO

Processo este que consiste em forçar a passagem (controlada) do material para dentro de um cilindro aquecido “canhão” (parte integrante de uma extrusora) por meio de uma ou

duas roscas “sem fim”, as quais transportam, misturam, compactam e permitem a saída de gases liberados no processo, na saída do cilindro, o material é comprimido contra uma ferramenta “matriz” que possui o perfil “desenho” desejado, a qual dá formato ao produto, sendo produzido em um processo continuo e em seguida: para materiais plásticos este processo continua com a calibração (a fim de manter suas dimensões), logo a seguir o material é resfriado, cortado (para perfis rígidos) ou enrolado (para perfis não rígidos); para materiais elastômeros este é vulcanizado (a fim de passar do estado plástico ao estado predominantemente elástico “borracha”), resfriado, cortado ou enrolado.

- Sistemas de Automação Modular das das Extrusoras, com a utilização da solução SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), que tem a função de concentrador de dados fornecendo os recursos necessários para integrar equipamentos de diferentes fornecedores, além de fornecer alta confiabilidade para o sistema. O módulo de Automação Modular de Extrusoras, para a área de MES (Manufacturing Execution Systems) transforma dados brutos em informações valiosas para a área de processos, usado para designar os sistemas focados no gerenciamento gerenciamen to das avidades de produção e que estabelecem uma ligação direta entre o planejamento e o chão de fábrica, gerando informações precisas e em tempo real que promovem a omização de todas as etapas da produção. O MES pode importar dados do ERP (Entreprise Resource Planning) e integrá-los com o dia-a-dia da produção, gerenciando e sincronizando as tarefas produvas com o fluxo de materiais. Considerando que na cadeia de suprimento o maior valor agregado costuma estar na produção, faz todo sendo invesr em sistemas que omizem o fluxo, controle e qualidade do material.

COM UM PÉ NO FUTURO! Dentro das te teccnologias citadas como referência para a pesquisa da CNI, as

Automação Modular de Extrusoras (Fonte: bodo.com.br)





se comunicarem com o “equipamento” através de um dispositivo de programação e definir as tarefass que o mesmo deve executar. tarefa executa r. A cada dia o número de sistemas embarcados na indústria cresce e traz grandes benefícios, tais como: ü Qualidade do Produto Final; ü Velocidade de Produção; ü Segurança Operacional; ü Menores Perdas de Produção; ü Maior Preservação do Meio Ambiente. Uma das grandes vantagens é, sem dúvida a capacidade de monitoração remota de processos e máquinas, pois se torna muito mais fácil acompanhar as informações até mesmo pela internet. Os principais sistemas embarcados utilizados na automação industrial são: § Controlador Single Loop/Mult Loop; § CLP/PLC (Controlador Lógico Programável); § Soft PLC; § PAC (Controlador Programável de Automação); § C N C (Com ando Numé ric o Computadorizado); § SDCD (Sistema de Controle Digital Distribuído); § Acionamentos Elétricos (Soft-Start, Inversor de Frequência e Servoacionamentos Servoacionamentos). ).

- O Monitoramento em Linha de Extrusão

tamanho e a forma dos perfis, o sistema produz milhares de pontos de dados em todo o perfil, correspondendo em tempo real com um desenho CAD, extraindo parâmetros chave de medição como largura, espessura, folga, raio e ângulo, emitindo um alarme toda vez que há alterações nas dimensões, desta forma o operador pode agir imediatamente para corrigir o processo, evitando perdas, e melhorando a produtividade. Pois quando o perfil fica fora de especificação o resultado é perda de matéria-prima, energia, resíduos e tempo de fabricação.

Fonte: Starrett

- Digitalizador de Superfície 3D de alta resolução para medições de características de produção de perfis de borracha. A presença de defeitos de produção é facilmente detectada e monitorada, podendo detectar e classificar defeitos como: falhas de corte, pequenos caroços, marcas de arrasto, fio quebrado, bolsa de ar e vários outros defeitos. Medições confiáveis das características dos componentes de borracha e representação da superfície 3D digitalizada supera o processo de qualidade de controle, com coleta em tempo real de imagens 3D com o digitalizador de superfície representa







uma vantagem definitiva em relação a outras técnicas.

Muitas das atividades da rotina de uma empresa e seus processos críticos ainda são feitos de forma manual, fragmentada e dependente do conhecimento de colaboradores detentores dessas informações. A imagem do profissional sênior (qualidade ou estado de pessoa mais velha referente ao tempo durante o qual se vem exercendo uma função numa empresa; antiguidade; experiência) o qual

extrusão (matrizes), também chamado de matrizeiro, é aplicar seus conhecimentos na interpretação do comportamento do material extrudado e dos fenômenos que ocorrem durante o processo de extrusão “baseados apenas na sua senioridade” para a elaboração do projeto de uma nova ferramenta. Seguindo assim seu processo intuitivo “Projeto + Construção de Protótipo Físico + Testes” , sendo este processo reproduzido por várias vezes até a obtenção do “estado da arte” no desenvolvimento de uma ferramenta que atenda a demanda de produção e as especificações do cliente.

vivencia o dia-a-dia do chão de fábrica e o qual acredita-se ser detentor e único conhecedor das

O velho conceito intuitivo de tentativa e erro na elaboração das ferramentas de extrusão,

COM UM PÉ NO PASSADO!





como base para a acurácia do projeto do ferramental ao invés de se pautar apenas na intuição. Neste contexto, surge a necessidade de compreender com mais profundidade como se dá a distribuição de tensões e velocidades do polímero fundido durante seu processamento de extrusão, de forma que este último, uma vez compreendido, possa ser otimizado. O pleno entendimento e interpretação dos gradientes de velocidade e de temperatura do fluido são fundamentais para uma análise acurada. Para tal, é necessário um profissional que não apenas contemple sua senioridade, mas possa agregar a sua expertise, multidisciplinas como: engenharia dos materiais, mecânica dos fluidos, mecânica dos sólidos, simulação computacional, linguagem de programação CNC, processos de fabricação CNC, ferramentas de qualidade, gestão de projetos entre outras disciplinas que venham a agregar uma evolução profissional para que este profissional possa acompanhar a evolução tecnológica e possa ser inserido nesta nova revolução industrial.

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O USO DAS TECNOLOGIAS DIGITAIS

Pesquisa da CNI revela que o conhecimento da indústria brasileira sobre tecnologias digitais e a sua incorporação à produção, pré-condições para o avanço da

manufatura (maquinas CNC) e na simulação (analise do comportamento físico no mundo virtual) de um produto, seja este um produto final ou mesmo uma ferramenta. Os benefícios destas técnicas são as definições através do processo computacional das melhores condições para construir o produto, de forma que ela seja executada da maneira mais adequada dentro dos aspectos de engenharia.

“ A Att u a l m e n t e o s s o f t w a r e s e s t ã o impulsionando os avanços no conceito de manufatura e isso significa que o mouse está substituindo as ferramentas manuais em muitos postos de trabalho no chão de fábrica ”.

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL A simulação é vista como um recurso que agiliza o tempo de desenvolvimento de um produto e reduzindo gastos desnecessários com protótipos intermediários, possibilitando os testes físicos em apenas um modelo real no qual





relacionadas ao efeito que o fluido exerce. Podemos resumir em três as principais razões para o uso deste recurso. Percepção: Há muitos dispositivos e sistemas para os quais é muito difícil criar protótipos, muitas vezes, a análise CFD mostra as partes do sistema ou fenômenos que ocorrem dentro do sistema que de outro modo não seriam visíveis através de quaisquer outros meios. A CFD oferece um meio de visualizar e uma melhor compreensão de seus projetos. Previsão: O CFD é uma ferramenta para prever o que vai acontecer sob um dado conjunto de circunstâncias, ela pode responder a muitas perguntas do tipo “ e se? ”, muito rapidamente. Você estabelece as variáveis, ela lhe dá resultados. Em pouco tempo, você pode prever o desempenho de seu projeto e testar muitas variações até chegar a um resultado ideal. Tudo isso é feito antes de protótipos físicos e testes. A previsão previsão obtida com a CFD ajuda você a projetar melhor e mais

empreendido de forma sistemática, com o objetivo de aumentar os conhecimentos e o uso desses conhecimentos para desenvolver novas aplicações, tais como produtos ou processos novos ou tecnologicamente aprimorados. Tal atividade torna-se primordial para as empresas que buscam atualização constante do seu negócio, a excelência na execução do seu trabalho e no seu produto, o estímulo ao seu crescimento e benefícios para toda a sociedade. Este departamento tem como função principal apoiar a engenharia no desenvolvimento de ferramentas de cálculo, execução de simulações numéricas e experimentais. ‘’Não há caminho fácil nem atalhos para o desenvolvimento dos países. As nações que avançaram ao longo da História deram especial atenção às pessoas, à sua educação e à ciência e tecnologia (C&T). Investir em gente, na geração de conhecimento e em tecnologia é o que torna uma nação mais rica’’. Luís Nassif (www.jornalggn.com.br/blog)

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PENSAR EM INDÚSTRIA 4.0 EM TEMPOS DE CRISE?

Nos últimos anos, a Indústria 4.0 ganhou espaço na agenda de desenvolvimento industrial de diversos países, como: Alemanha, Estados Unidos, China, Japão e Coréia do Sul.





outros países líderes, com o objetivo de acompanhar tecnologias e gerar padrões. Os Estados Unidos lançaram, em 2012, a Advanced Advance d Manufa Manufacturi cturing ng Partne Partnership rship (AMP), formada por representantes de empresas, universidades, governo e institutos de pesquisas para discutir e apresentar propostas para o desenvolvimento da Indústria 4.0 no país. Essa iniciativa está aliada às medidas de reindustrialização desenvolvidas na última década nos EUA. Em 2014, o grupo apresentou o “Report to the President Accelerating U.S. Advanced Manufacturing” , com uma série de

medidas para o desenvolvimento das tecnologias associadas a esse modo de produção. O relatório propõe, ainda, a implementação de um plano estratégico nacional para Indústria 4.0. Na China, o 12º Plano Quinquenal (20112015) apresenta a Indústria 4.0 como um dos sete temas emergentes apoiados pe lo g ov er no , estabelecendo cinco setores como prioritários: equipamentos modernos, automotivo, siderúrgico, petroquímico e construção naval. No Japão, o National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) criou,

projetos conjuntos. Na Coréia do Sul, foi criado o Korea Adva Ad vanc nced ed Ma Manu nufa fa ct ur urin in g Sy Syst st em (K AM AMS) S) , projeto que tem como objetivo desenvolver novos processos e tecnologias para gerenciamento e integração de sistemas manufatureiros. O projeto foi criado pelo Korea Institute of Industrial Technology Technology (KITECH) com apoio do Ministério do Comércio, Indústria e Energia e do Ministério Minis tério da Ciência Ciênci a e Tecnologi Tecnologia. a. No Brasil, o Ministério das Comunicações criou, no final de 2014, a Câmara Máquina a Máquina (M2M) e Internet das Coisas, com objetivo de desenvolver o “Plano Nacional de Comunicação M2M e Internet das Coisas”. A Câmara é composta por uma gama de associações e Ministérios, dividida em diversos subgrupos, sendo um deles o de Produtividade Industrial e Indústria 4.0, do qual a CNI faz parte. Recentem ente, o Mi nis té ri o do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC) e o Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) criaram o Grupo de Trabalho de Indústria 4.0, com a participação de diversas instituições, entre elas a CNI, com objetivo de elaborar o plano de ação para





visualizarmos que esta nova revolução já está sendo incorporada nas estratégias das empresas no Brasil, mesmo que de forma moderada, com alguns processos que já vinham sendo implantados, acompanhando a evolução natural das tecnologias. No segmento de extrusão de polímeros esta realidade também se faz verdadeira, porem muitos avanços ainda podem ser incorporados nos processos de fabricação e desenvolvimento do produto. A expectativas são que as empresas deste segmento continuem, ou melhor, incorporem de vez esta nova “mentalidade” e invistam muito mais nestas tecnologias para que possam superar este momento de crise, devemos considerar a tecnologia como um investimento, que trará benefícios que refletem, inclusive, na lucratividade e não como um custo. Investir para automatizar os processos é algo importante neste momento de crise para garantir uma empresa cada vez mais produtiva e competitiva, que cresce mesmo em tempo de crise. Para assegurar que o investimento trará excelentes resultados, é importante planejar o uso das tecnologias ideais para cada área estratégica dentro da empresa.

Sobre o Autor: Eng. Marcelo Pinto de Moraes

Indústria 4.0

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