O conjunto de exemplos de implementações do paradigma Indústria 4.0 mostrado neste tópico foi extraído do Relatório Final do Grupo de trabalho para a Indústria 4.0 (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013), que trata das recomendações para implementações da iniciativa Industria 4.0. Com isso, os exemplos mencionados aqui terão mais um efeito orientativo, do que expor desenvolvimentos práticos da indústria ou meio acadêmico em curso, uma vez que os casos nesse âmbito ainda são escassos e estão em um estágio experimental.
Os exemplos de aplicações citados tratam especificamente de direções que podem ser tomadas para as seguintes situações: eficiência energética em linhas de produção; infraestrutura de sistemas de engenharia de ponta-a-ponta na cadeia de valor; manufatura customizada; telepresença e; substituição de fornecedores durante crises no controle da produção.
O relatório menciona a aplicação de ações para a redução do consumo de energia em linha de montagem de veículos enquanto a mesma não está em uso. Segundo o documento (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013), atualmente muitas linhas de produção ou partes delas continuam trabalhando e consu- mindo energia durante intervalos, finais de semana e turnos onde não há produção. Por exemplo, 12% do consumo total de energia de uma linha de montagem do corpo do veículo que usa a tecnologia de soldagem a laser ocorre durante as pausas na produção. A linha opera cinco dias por semana em um padrão de três turnos. O equipamento permanece ligado nos finais de semana para que no começo da semana possa ser ligado imediatamente. Os 90% do consumo de energia durante as pausas na produção é representado por: robôs (20% a 30%), extratores (35% a 100%) e fontes de laser e seus sistemas de resfriamento (0% a 50%). Medidas para alavancar o potencial de eficiência energética incluem os casos de robôs que serão des- ligados durante o processo, mesmo durante curtas pausas na produção. Durante pausas mais longas na produção, eles entrarão em um tipo de modo de espera, conhecido como modo Wake-On-LAN. Os extra- tores usarão motores de velocidade controlada que podem ser ajustados para atender a restrições. No caso das fontes de laser, sistemas completamente novos são a única maneira de fornecer melhorias. Em con- junto, estas medidas permitem uma redução de 12% do consumo total de energia (de 45.000kWh/w para cerca de 40.000kWh/w), juntamente com um corte de 90% no consumo de energia durante as pausas de produção (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013).
No âmbito da integração da cadeia de valor, os sistemas de suporte de TI trocam informações através de uma variedade de interfaces, mas só podem usar essas informações quando tratar de casos individuais específicos. Não há uma visão global da perspectiva do produto que está sendo fabricado. Como resultado, os clientes não podem selecionar livremente todas as funções e recursos de seus produtos, mesmo que tecnicamente seja possível permitir que eles façam isso.
O desenvolvimento baseado em modelos através da CPS permite a implantação de uma metodologia de ponta-a-ponta, modelada e digital que cobre todos os aspectos, desde as necessidades dos clientes até a arquitetura e a fabricação do produto final. Isso permite que todas as interdependências sejam identificadas e representadas em uma cadeia de ferramentas de engenharia de ponta-a-ponta. O sistema de produção é desenvolvido em paralelo com base nos mesmos paradigmas, o que significa que ele sempre acompanha o ritmo do desenvolvimento do produto. Como resultado, torna-se viável fabricar produtos individuais (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013).
Outro exemplo analisado trata da customização da manufatura. Nas cadeias de valor dinâmicas na In- dústria 4.0 é possível a coordenação do projeto, configuração, pedidos, planejamento, produção e logística de produtos específicos para clientes específicos. Isso também fornece a oportunidade de incorporar pedi- dos de última hora para que as alterações imediatamente antes ou mesmo durante a produção. A indústria automotiva atual, por exemplo, é formada por linhas de produção estáticas de difícil reconfiguração para a produção de diferentes variedades de um produto. Software MES (Manufacturing Execution Systems) tem sua funcionalidade baseada nos equipamentos da linha de produção e, portanto, caracterizado-se como es-
tático também. O trabalho dos colaboradores é determinados pelo ritmo da linha de montagem e, portanto, normalmente é monótono. Como consequência disso, não é possível incorporar solicitações individuais de cada cliente para incluir elementos de outro grupo de produtos feito pela mesma empresa (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013). Na era da Indústria 4.0 aparecem as linhas de produção dinâmicas. A re- configuração dinâmica de linhas de produção possibilita a mistura e a combinação dos equipamentos que compõem um carro, por exemplo. Além disso, variações individuais (por exemplo, montagem de uma cadeira de outra série de veículo) podem ser implementadas em qualquer momento em resposta a questões logísticas (tais como gargalos) sem serem limitados por intervalos de tempo definidos centralmente. As soluções de TI para sistemas MES agora constitui um componente central do início ao fim - desde o projeto até a montagem e a operação.
No que se refere aos sistemas de Telepresença (serviços remotos) a promessa da Indústria 4.0 é que os sistemas de manufatura funcionem como "máquinas sociais- em redes similares as redes sociais - e se conectarão automaticamente a plataformas de telepresença baseadas na nuvem, a fim de localizar os es- pecialistas adequados para lidar com um problemas específico (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013). Por exemplo, especialistas poderão então utilizar plataformas de conhecimento integradas, ferra- mentas de videoconferência e métodos de engenharia aperfeiçoados para executar serviços de manutenção remotos tradicionais de forma mais eficiente através de dispositivos móveis. Além disso, máquinas poderão aumentar e expandir continuamente as suas próprias capacidades conforme a situação exigir, atualizando ou carregando automaticamente as funções e dados relevantes através de canais de comunicação padrão e seguros com as plataformas de telepresença.
Nos casos em que o problema a ser tratado são mudanças emergências de fornecedor devido falhas no controle da produção, há estratégias pensadas para solução de tal problema no escopo das soluções das Fá- bricas do Futuro. Atualmente, falhas súbitas dos fornecedores resultam em custos adicionais significativos e atrasos na produção e, portanto, envolvem grandes riscos para as empresas. Eles precisam tomar decisões rápidas sobre qual fornecedor alternativo usar como cobertura.
Na Indústria 4.0 será possível simular todas as etapas do processo de fabricação e demonstrar a in- fluência de cada uma na produção. Isso inclui a simulação nos níveis de estoque, transporte e logística; a capacidade de rastrear o histórico de uso de componentes e a aquisição de informações relativas ao tempo que os componentes podem ser mantidos até expirarem. Isto permitirá calcular os custos de montagem específicos do produto e reduzir ao mínimo a reconfiguração dos recursos de produção. Também será pos- sível avaliar os riscos relevantes, em que serão simulados os diferentes custos e margens de fornecedores alternativos, incluindo a simulação do impacto ambiental associado ao uso de um fornecedor sobre outro. Todas essas operações baseadas na "Nuvem"de fornecedores (KAGERMANN; WAHLSTER; HELBIG, 2013).