CARLA ELOISA PURCINO
UTILIZAÇÃO DA METODOLOGIA TOOLBOX DE PRODUTO DA INDÚSTRIA 4.0 PARA ENQUADRAMENTO DE NOVO PRODUTO DE COMUNICAÇÃO
Palhoça 2020
CARLA ELOISA PURCINO
UTILIZAÇÃO DA METODOLOGIA TOOLBOX DE PRODUTO DA INDÚSTRIA 4.0 PARA ENQUADRAMENTO DE NOVO PRODUTO DE COMUNICAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de Produção da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheira de Produção.
Orientador: Prof. Juliano Mazute, MSc.
Palhoça 2020
CARLA ELOISA PURCINO
UTILIZAÇÃO DA METODOLOGIA TOOLBOX DE PRODUTO DA INDÚSTRIA 4.0 PARA ENQUADRAMENTO DE NOVO PRODUTO DE COMUNICAÇÃO
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharel e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia de Produção da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Palhoça, 22 de junho de 2020.
______________________________________________________ Prof. MSc. Eng. Juliano Mazute
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Prof. Dra. Ana Regina de Aguiar Dutra
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Prof. MSc. Valnei Denardin
AGRADECIMENTOS
Agradeço imensamente à minha família, pelo apoio e carinho prestado durante toda minha vida. À minha mãe Patrícia da Cunha, sou grata, especialmente, por ter me apoiado e me incentivado em meus estudos e por se orgulhar de minhas vitórias tanto acadêmicas quanto pessoais. À minha irmã Carolina Purcino, agradeço por ter contribuído para meu crescimento pessoal, com seus feedbacks sempre construtivos que ajudaram a me transformar na pessoa que sou hoje.
Aos meus colegas de classe, também sou grata pela troca de experiências e pela parceria durante os cinco anos de curso, principalmente às minhas colegas e grandes amigas Fernanda Meurer, Bruna Ramos e Sabrina Faria que contribuíram muito para meu desenvolvimento e foram motivadoras para que eu me mantivesse firme durante todo o curso. Gratidão a equipe da Intelbras e colegas de trabalho Daniel Dagostim, Giovani Pereira, Carolina Thizon e Francine Carvalho por terem me ajudado durante a elaboração deste trabalho, sanando minhas dúvidas em relação as tecnologias aqui apresentadas e sobre o produto avaliado.
Por fim, sou agradecida, por todo o conhecimento passado pelos meus professores e todos aqueles que passaram pela minha jornada acadêmica, em especial, ao professor Juliano Mazute, que aceitou ser meu orientador e me acompanhar neste trabalho de conclusão de curso.
“O saber a gente aprende com os mestres e os livros. A sabedoria, se aprende é com a vida e com os humildes” (Cora Coralina).
RESUMO
A Quarta Revolução Industrial, ou também conhecida Indústria 4.0, proporcionará o desenvolvimento de sistemas produtivos e produtos inteligentes. Este desenvolvimento favorecerá às empresas um aumento de eficiência em seus processos e aos usuários maior personalização dos seus produtos. Para que as empresas evoluam para o grau de desempenho requisitado na Industria 4.0, é necessário que tenham mapeado o seu grau de competência tanto no que se refere aos seus produtos, quanto ao seu processo produtivo. O presente trabalho tem como objetivo a realização de um estudo de caso em uma empresa de tecnologia, para avaliar qual o estágio evolutivo, de um de seus produtos comercializados, em relação à Indústria 4.0. Para a realização desta pesquisa foram utilizadas as ferramentas Análise Funcional e Matriz Morfológica, como forma de mapeamento das características do produto. Posteriormente, foi utilizada a metodologia Toolbox de produtos da Indústria 4.0, desenvolvida pela Associação Alemã de Fabricantes de Máquinas e Instalações Industriais, onde foi aplicado a etapa de avaliação, que possibilitou determinar o nível de desempenho do produto estudado em relação aos eixos de aplicação apresentados na Toolbox. Ao final da pesquisa constatou-se que o produto se encontra parcialmente na Indústria 4.0, pois atinge nível máximo de desempenho em quatro camadas de aplicação da Toolbox de produtos.
ABSTRACT
The Fourth Industrial Revolution also known as Industry 4.0 will provide the development of productive systems and intelligent products. This development will favor companies to increase efficiency in their processes and users to improve their product customization. To ensure the evolution of the companies to the level of required performance in Industry 4.0, they must map their level of competence both in terms of their products and in terms of their production process. The aim of the present work is the accomplishment of a study case in a technology company to evaluate which is the evolutionary stage of one of its commercialized products related to Industry 4.0. To carry out this research were applied functional analysis tools and morphological matrix tools as a way of mapping the product features. It was employed the products toolbox methodology of Industry 4.0, developed by the German Association of Machinery Manufacturers and Industrial Installations. The evaluation step was possible thanks to this toolbox that helped out to determine the performance level of the studied product related to the application axes presented in the Toolbox. At the end of the research, it was found that the product is partially placed in Industry 4.0 as it reaches the maximum level of performance in four application layers of the product Toolbox.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Classificação de Pesquisa ... 17
Figura 2 – Izy Speak! Intelbras ... 18
Figura 3 – Evolução da produção industrial ... 23
Figura 4 - Características das fábricas inteligentes ... 24
Figura 5 - Estrutura Matriz Funcional... 34
Figura 6 - Toolbox de Produção ... 37
Figura 7 - Integração de sensores/atuadores... 40
Figura 8 - Comunicação Conectividade ... 42
Figura 9 - Funcionalidade para armazenamento de dados e troca de informações ... 43
Figura 10 - Monitoramento ... 44
Figura 11 - Serviços de TI Relacionados ao Produto ... 45
Figura 12 – Modelo de negócio voltado para os produtos ... 46
Figura 13 - Análise funcional do produto Izy Speak! ... 47
Figura 14 - Sistema Izy Speak! ... 50
Figura 15 - Cenários de uso Izy Speak! ... 50
LISTA DE GRÁFICOS
LISTA DE QUADROS
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 12 1.1 PROBLEMA DE PESQUISA ... 13 1.2 OBJETIVO GERAL ... 14 1.2.1 Objetivos Específicos ... 14 1.3 JUSTIFICATIVA ... 14 1.4 LIMITAÇÃO DO TEMA ... 15 2 METODOLOGIA ... 16 2.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA ... 16 2.2 ESTUDO DE CASO ... 17 2.2.1 Empresa ... 18
3 A EVOLUÇÃO DA INDÚSTRIA ATÉ A INDÚSTRIA 4.0 ... 19
3.1 PRIMEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL – INDÚSTRIA 1.0 ... 19
3.2 SEGUNDA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL – INDÚSTRIA 2.0 ... 20
3.3 TERCEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL – INDÚSTRIA 3.0 ... 22
3.4 QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL - INDÚSTRIA 4.0 ... 22
3.4.1 Internet das Coisas (Internet of Things)... 25
3.4.2 Big data e análise de dados ... 26
3.4.3 Computação em Nuvem ... 27 3.4.4 Segurança cibernética ... 28 3.4.5 Robôs autônomos ... 28 3.4.6 Realidade aumentada ... 29 3.4.7 Simulação ... 29 3.4.8 Integração de sistemas ... 30
3.4.9 Manufatura Aditiva (Impressão 3D) ... 30
3.4.10 Desafios e propostas de Implementação da Indústria 4.0 no Brasil ... 31
3.5 ANÁLISE FUNCIONAL ... 32
3.6 MATRIZ MORFOLÓGICA ... 33
3.7 TOOLBOX INDUSTRIE 4.0 ... 34
3.7.1 Toolbox para Produção ... 36
3.7.2 Toolbox de Produtos ... 38
3.7.2.1.1 Sensores ... 39
3.7.2.1.2 Atuadores ... 39
3.7.2.2 Comunicação/Conectividade ... 41
3.7.2.3 Funcionalidade para armazenamento de dados e troca de informações ... 42
3.7.2.4 Monitoramento ... 43
3.7.2.5 Serviços de TI Relacionados ao Produto ... 44
3.7.2.6 Modelos de Negócio sobre o Produto ... 45
4 RESULTADOS ... 47
4.1 ANÁLISE FUNCIONAL ... 47
4.2 MATRIZ MORFOLÓGICA ... 47
4.3 ANÁLISE DO PRODUTO INTELBRAS IZY SPEAK! COM A TOOLBOX DE PRODUTO ... 48
4.4 INTEGRAÇÃO DE SENSORES/ATUADORES ... 48
4.5 COMUNICAÇÃO/CONECTIVIDADE... 49
4.6 FUNCIONALIDADES PARA ARMAZENAMENTO DE DADOS E TROCA DE INFORMAÇÕES ... 51
4.7 MONITORAMENTO ... 51
4.8 SERVIÇOS DE TI RELACIONADOS AO PRODUTO ... 52
4.9 MODELOS DE NEGÓCIO SOBRE O PRODUTO ... 52
4.10 CONSIDERAÇÕES DO CAPÍTULO ... 53
5 CONCLUSÃO ... 55
6 SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS ... 57
REFERÊNCIAS ... 58
APÊNDICE A – TERMO DE DIVULGAÇÃO PARA DIVULGAÇÃO DE INFORMAÇÕES DA EMPRESA ... 63
1 INTRODUÇÃO
As revoluções industriais desencadearam grandes avanços tecnológicos à sociedade e aos meios de produção, a mais de dois séculos. Para Simão Filho e Pereira (2014, apud SILVA et al., 2019, p. 45), as revoluções industriais são definidas em função da evolução e transformação de dois vetores: tecnologia e organização social, onde todos os processos de Revolução Industrial impactaram diretamente na vida em sociedade e nos avanços tecnológicos. Devido as frequentes mudanças e inovações tecnológicas a indústria teve que se reinventar mais de uma vez.
Analisando historicamente os progressos desencadeados pelo processo de revolução da indústria, observa-se que a Primeira Revolução Industrial, ocorrida entre 1760 e 1840, iniciou-se a partir da construção das ferrovias e do surgimento das máquinas à vapor, resultando na mudança da força manual de trabalho para a força mecânica. Posteriormente, a Segunda Revolução Industrial, juntamente com a eletricidade, possibilitou a criação das linhas de montagem e a produção em massa. Já a Terceira Revolução Industrial é conhecida como a revolução digital, pois foi impulsionada pelo desenvolvimento de semicondutores, da computação e da internet (SCHWAB, 2016).
Atualmente, o mundo está vivendo uma Quarta Revolução Industrial, ou também conhecida como Indústria 4.0. Segundo o Ministério da Indústria Comércio e Serviços (2019) esta revolução terá um impacto mais profundo e exponencial, e será caracteriza, por um conjunto de tecnologias que permitem a fusão do mundo físico, digital e biológico.
De acordo com Schwab (2016) esta nova revolução difere-se das demais em três aspectos:
• Velocidade: esta revolução terá um crescimento exponencial, enquanto, nas outras revoluções, houve um crescimento linear. Este fato, deve-se a interconectividade do mundo atual, onde, a cada dia novas tecnologias são lançadas.
• Amplitude e profundidade: haverá uma mudança de paradigmas, em virtude a grande da revolução digital gerada e da combinação de novas tecnologias.
• Impacto sistêmico: a quarta revolução desencadeará a transformação de sistemas inteiros em países, empresas, indústrias e na sociedade.
De acordo com um levantamento feito pela Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI, 2018), a estimativa anual de redução de custos industriais no Brasil, a partir da migração da indústria para o conceito 4.0, será de, no mínimo, R$ 73 bilhões/ano. Essa
economia será fruto dos ganhos em eficiência, redução nos custos de manutenção de máquinas e consumo de energia.
Além de aumentar a produtividade e reduzir os custos de produção, a indústria 4.0 possibilitará o desenvolvimento de produtos com maior inteligência, de forma que se adequem à demanda do mercado e, inclusive, aumentem os níveis de personalização. Porém, não é apenas na criação de novos produtos que a Indústria 4.0 tem valor a agregar. Com ela, é possível transformar itens já existentes, agregando novas funções e valores a eles. Este será um dos fatores que possibilitarão as empresas que implementarem a indústria 4.0 a manterem-se competitivas no mercado (GONÇALVES, 2018).
A Indústria 4.0, é composta por nove ferramentas ou conceitos que servem como pilares fundamentais para o seu desenvolvimento, com o objetivo de melhoria contínua e eficiência dos processos. São elas: Internet das coisas, Big data, Computação em Nuvem, Robôs autônomos, Realidade aumentada, Segurança Cibernética, Manufatura aditiva, Simulação e Integração entre sistemas.
Para iniciar um processo de implantação da Indústria 4.0 em uma empresa, é necessário primeiramente avaliar qual o estado atual da empresa, quais características da Indústria 4.0 já estão presentes nos seus produtos ou processos produtivos, e quais as oportunidades de desenvolvimento para aumentar o nível de desempenho em relação a Indústria 4.0. O presente trabalho então, será direcionado para esta análise. Será analisado um produto específico, utilizando-se uma ferramenta da Indústria 4.0 para avaliar seu grau de desempenho.
Este trabalho está estruturado em cinco capítulos, além da introdução. No segundo capítulo, é apresentada a metodologia adotada para a realização do trabalho. Posteriormente, no terceiro capítulo, está presente a fundamentação teórica sobre os processos de revolução industrial até a atualidade. No quarto capítulo é apresentado o resultado do estudo sobre o produto Izy Speak! utilizando-se a abordagem Toolbox de produtos da Industrie 4.0. No quinto capítulo há algumas considerações finais sobre o estudo. Por fim, no último capítulo são apresentadas sugestões para trabalhos futuros.
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA
O presente trabalho tem como intuito a análise de um produto do segmento de Home Office de Comunicação da empresa Intelbras utilizando a metodologia Toolbox de produtos da Indústria 4.0. Através desta análise, será possível estimar quais aspectos da indústria 4.0 já estão
incorporados, ou seja, avaliar qual o nível de desempenho do produto em relação as camadas de aplicação da Toolbox de produtos. Desta forma, a pergunta que se procura responder ao final deste trabalho é: Qual o estágio de evolução do produto Izy Speak! com base na metodologia
TOOLBOX da Indústria 4.0?
1.2 OBJETIVO GERAL
O objetivo geral deste trabalho é analisar o produto Izy Speak! da empresa Intelbras utilizando a metodologia Toolbox de produtos e avaliar se o produto atende aos requisitos necessários para os novos produtos voltados à Indústria 4.0.
1.2.1 Objetivos Específicos
• Discorrer sobre os processos de revolução industrial até a Indústria 4.0 • Apresentar as características da Indústria 4.0
• Apresentar as camadas de aplicação da Toolbox de Produtos • Avaliar as características do produto Izy Speak!
• Aplicar etapa de Análise Toolbox de produtos da Indústria 4.0, para determinar o grau de desempenho do produto Izy Speak! em relação às 6 camadas de aplicação.
1.3 JUSTIFICATIVA
A modernização e a volatilidade no mercado, tornam os clientes cada vez mais exigentes com a qualidade de seus produtos e aumentam a competitividade entre as organizações. Desta forma, para as organizações sobreviverem e destacarem-se perante seus concorrentes é primordial os investimentos em inovação e atualizações tecnológicas tanto no que se refere ao desenvolvimento de novos produtos, quanto aos processos de fabricação.
O tema Indústria 4.0 está crescendo consideravelmente no mundo. Desde o início de seu surgimento, em 2011, a busca pelo assunto tem representado um crescimento acelerado, tanto para âmbito acadêmico, quanto para as indústrias que buscam aumento em sua produtividade e otimização de produtos. (RODRIGUES et. al 2018 apud ANDERL & PICARD, 2014).
O tema tem assumido tanto destaque que, desde junho de 2017 o MDIC (Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior) criou um grupo com mais de 50
instituições representantes, para debater sobre as diferentes ações para Indústria 4.0 no Brasil. Com isto, foi desenvolvida a Agenda Brasileira para a Indústria 4.0 que serve como um orientativo com medidas que deverão auxiliar os empresários brasileiros nesta trajetória rumo à transformação digital e ao futuro da produção manufatureira. (ABDI)
A empresa Intelbras, atua no mercado de produtos eletrônicos a mais de 40 e tem o maior P&D da América Latina, investindo consideravelmente em pesquisas para o desenvolvimento de novos produtos e incorporação de novas tecnologias.
Desta forma, este trabalho faz-se necessário em virtude do grande impacto e benefícios da indústria 4.0 para as empresas em geral, sobretudo, para as empresas de tecnologia como a Intelbras.
1.4 LIMITAÇÃO DO TEMA
O trabalho exposto limita-se à análise desempenho de um produto específico, dentre todos os produtos que são fabricados pela Intelbras, que o assistente de voz Izy Speak!.
Além disto, neste trabalho será apenas realizada a etapa de Análise do produto no estado atual, não sendo desenvolvidas as demais etapas previstas na Toolbox Indústria 4.0 que se referem a etapa de Criatividade, Avaliação e Implementação.
2 METODOLOGIA
2.1 CARACTERIZAÇÃO DA PESQUISA
Segundo Prodanov e Freitas (2013), a metodologia é uma disciplina que consiste em estudar, compreender e avaliar os vários métodos disponíveis para a realização de uma pesquisa acadêmica. Quando aplicada, examina, descreve e avalia métodos e técnicas de pesquisa que proporcionam a coleta e o processamento de informações, que tem como objetivo a resolução de problemas e/ou questões de investigação.
No desenvolvimento deste trabalho foi utilizada a natureza de pesquisa aplicada, que de acordo com Gonçalves (2014, apud Op.cit., 1998, p. 123) tem como propósito “pesquisar, comprovar ou rejeitar hipóteses sugeridas pelos modelos teóricos e fazer sua aplicação às diferentes necessidades humanas”, ou seja, são utilizadas teorias e ferramentas que já existem, para a análise das informações. As ferramentas utilizadas foram Análise Funcional, Matriz Morfológica e, por fim foi aplicada a metodologia Toolbox de Produtos da Industria 4.0. Quanto ao nível de profundidade, esta pesquisa caracteriza-se como descritiva. Segundo Antônio (2011, p. 47) a pesquisa descritiva tem como finalidade observar, analisar, registrar e correlacionar variáveis. Neste caso, foi analisado, observado e registrado as características funcionais do smart speaker avaliado, além da realização de uma leitura sobre as seis camadas de aplicação presentes na Toolbox de produtos.
Em relação ao tipo de abordagem, aplicada no presente trabalho, pode-se considerar de caráter qualitativo que, segundo Gonçalves (2014, p. 101), refere-se a pesquisas que não fazem uso de dados estatísticos na análise do problema.
Por fim, em relação ao procedimento de pesquisa, foi utilizado o estudo de caso, que, segundo Prodanov e Freitas (2013), é utilizado com o objetivo de conseguir informações e/ou conhecimentos acerca de um problema para o qual procuramos uma resposta, ou de uma hipótese, que queiramos comprovar, ou, ainda, descobrir novos fenômenos ou as relações entre eles. O presente trabalho tem como foco a resolução do problema de pesquisa que é identificar o estágio evolutivo do produto Izy Speak! com base na metodologia Toolbox de Produto da Indústria 4.0.
Abaixo, na figura 1, está representado de forma visual as classificações nas quais a pesquisa deste trabalho se enquadra.
Figura 1 – Classificação de Pesquisa
Fonte: Autora, 2020.
2.2 ESTUDO DE CASO
O estudo de caso foi realizado na empresa de tecnologia Intelbras, onde foi analisado um produto específico, dentre todos os produtos comercializados pela empresa. O produto foco do estudo trata-se de um smart speaker que é um assistente de voz inteligente, cujo nome comercial é Izy Speak!, que teve lançamento para o mercado em 2019 e é comercializado pela unidade de Comunicação.
A coleta de dados foi realizada através de entrevistas informais com membros que participaram do desenvolvimento do produto, onde foram apresentadas as características principais do produto, as funcionalidades técnicas e o modelo de comercialização do produto. Também foram utilizadas documentações com informações técnicas do produto, como datasheet e manual.
A partir das informações passadas durante as entrevistas, elaborou-se a análise funcional do produto, onde foram representas, através de um fluxo de entradas e saídas, suas principais funcionalidades e posteriormente foi desenvolvida a matriz funcional para apresentar de que forma o produto executa tais funcionalidades já mapeadas. Por fim, entrou-se na etapa de execução da metodologia Toolbox, onde foi analisado o produto a partir das informações coletadas com as ferramentas anteriores.
Na figura abaixo, está a imagem do produto estudado.
NATUREZA BÁSICA APLICADA ABORDAGEM QUALITATIVA QUANTITATIVA OBJETIVO DESCRITIVA EXPLICATIVA EXPLORATÓRIA PROCEDIMENTO BIBLIOGRAFICA DOCUMENTAL EXPERIMENTAL PESQUISA-AÇÃO MODELAGEM E SIMULAÇÃO SURVEY ESTUDO DE CASO
Figura 2 – Izy Speak! Intelbras
Fonte: Intelbras, 2020.
2.2.1 Empresa
A empresa Intelbras (Indústria de Telecomunicação Brasileira), analisada nesta pesquisa, foi fundada em março de 1976, pela família Diomício Freitas. A família apostou no mercado de telecomunicações como forma de conectar o Brasil com o mundo. A empresa foi constituída com capital 100% nacional e foi pioneira no mercado de telecomunicações, sendo a primeira empresa a produzir PABX no Brasil. Afim de investir em novos mercados, em 2013 a empresa adquiriu as empresas Automatiza, que era destaque no mercado de controle de acesso e Engesul, empresa destaque no mercado de prevenção e combate a incêndio.
Atualmente a empresa é fabricante de produtos e soluções em segurança, redes, comunicação e energia, sendo líder nacional em gerenciamento de imagem, centrais condominiais, na fabricação de produtos de segurança eletrônica, switches para pequenas e médias empresas e em telefonia, além de estar presente em diversos países da América Latina (onde é líder em Comunicação) e África. Os produtos da empresa são comercializados em aproximadamente 40 mil pontos de venda de varejo e 20 mil revendedores corporativos.
Para o desenvolvimento de produtos de excelência, a empresa possui um dos maiores centros de pesquisa e desenvolvimento (P&D) privado da América Latina. Desta forma, para destacar-se no mercado, é crucial que a empresa procure cada vez mais por novas tecnologias e inovações para aplicar aos seus produtos e processos produtivo.
3 A EVOLUÇÃO DA INDÚSTRIA ATÉ A INDÚSTRIA 4.0
3.1 PRIMEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL – INDÚSTRIA 1.0
A primeira Revolução Industrial, ou Indústria 1.0, desencadeou um processo de transformação poderoso na Inglaterra, que logo se propagou para outros países da Europa como França, Bélgica, Holanda, Rússia, Alemanha e, posteriormente chegou até os Estados Unidos. (BOETTCHER 2015).
De acordo com os autores Cavalcante e Silva (2011 p. 2):
A grande Revolução Industrial começou a acontecer a partir de 1760, na Inglaterra, no setor da indústria têxtil, a princípio, por uma razão relativamente fácil de entender: o rápido crescimento da população e a constante migração do homem do campo para as grandes cidades acabaram por provocar um excesso de mão-de-obra nas mesmas. Isto gerou um excesso de mão-de-obra disponível e barata - que permitiria a exploração e a expansão dos negócios que proporcionarão a acumulação de capital pela então burguesia emergente. Isto tudo, aliado ao avanço do desenvolvimento científico - principalmente com a invenção da máquina a vapor e de inúmeras outras inovações tecnológicas proporcionou o início do fenômeno da industrialização mundial.
Anteriormente a primeira Revolução Industrial, os processos de produção eram totalmente artesanais, onde o artesão fazia todo o trabalho. Da Idade Média até a explosão da Revolução Industrial, os trabalhadores-artesãos independentes foram perdendo sua função até desaparecerem, dando lugar aos operários da segunda metade do século XVIII (SILVA; GASPARIN, 2015).
De acordo com Chiavenato (2003) a primeira Revolução Industrial foi dividida em quatro etapas: Mecanização da indústria e agricultura, Aplicação da força motriz à indústria, Desenvolvimento do sistema fabril e Aceleramento dos transportes e das comunicações.
Na primeira etapa, com o auxílio de algumas máquinas, como a máquina de fiar, o tear hidráulico e o descaroçador de algodão, houve uma substituição da substituição da energia humana e animal pela inanimada com eficiência multiplicada; a aceleração da troca da capacidade humana por instrumentos mecânicos. (DATHEIN, 2003)
Segundo Dathein (2003), em 1764, James Watt, inventou a máquina a vapor com menores problemas de perda de energia. Desencadeando a segunda etapa da primeira revolução. Onde foram aplicadas às máquinas utilização de vapor e iniciou as grandes transformações nas indústrias, pois passou a força a vapor passou a ser utilizada nas minas, nas tecelagens, na metalurgia e nos transportes. Conforme Boettcher (2015), o primeiro ramo a utilizar as
máquinas para aumentar a produtividade foi o setor têxtil. Depois disso muitos outros setores resolveram utilizar o meio de automação de processos e passaram a utilizar às máquinas, onde a indústria têxtil passou a ser o símbolo da produção excedente.
De acordo com Camelo e Bezerra (2016) o processo de industrialização, contribuiu para que houvesse um aumento populacional próximo às áreas fabris. Houve a migração de camponeses para essas áreas a procura de emprego e melhor condição de vida, e estes viriam a ser os futuros operários das fábricas. Esse êxodo rural desencadeou o processo de urbanização e fortificou o desenvolvimento do sistema fabril. Resultando na quarta etapa da primeira Revolução Industrial.
A última etapa da primeira Revolução Industrial, segundo Chiavenato (2003), houve o aceleramento da dos transportes e da comunicação. Surgiu a navegação à vapor em 1807, e logo as rodas propulsoras foram substituídas pelas hélices. A locomotiva foi aperfeiçoada por Stephenson, desencadeando o surgimento da primeira estrada de ferro na Inglaterra, em 1825. Em relação à comunicação, em 1835 o telégrafo é inventado por Morse e em 1876 surge o telefone como invenção de Graham Bell.
3.2 SEGUNDA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL – INDÚSTRIA 2.0
Após a primeira Revolução Industrial, que promoveu uma transformação significativa nos meios de produção, transporte e comunicação, a necessidade crescente por novas tecnologias se tornou uma exigência a todos os países e indústrias que quisessem ampliar seus lucros e produtividade. (BOETTCHER 2015).
Iniciando em 1860, um século após o surgimento da primeira Revolução Industrial, houve um segundo processo de revolução industrial. Enquanto a primeira foi marcada pela utilização da energia a vapor do carvão e do ferro, a segunda Revolução Industrial consistiu na aplicação revolucionária da eletricidade e do aço. Outros fatores que também, tiveram grande impacto neste processo, foram as inovações na área da química e de comunicações, além da utilização do petróleo como matéria prima (DATHEIN, 2003).
Em relação a utilização do aço, Dathein (2003) menciona que, devido a algumas otimizações no processo de produção do aço, houve uma queda em torno de 80% a 90% entre os anos de 1860 e 1895, levando a intensa substituição do ferro pelo aço nas ferrovias, na construção naval e armamentos. Além disto, devido ao grande avanço da química, foi possível introduzir novos elementos químicos na metalurgia.
Ainda segundo Dathein (2003, p.6), o surgimento da eletricidade mudou significativamente, não somente as indústrias, mas também a vida cotidiana da população da época:
Esta energia possui muitas vantagens, como a transmissibilidade, sem perda de muita energia, e a flexibilidade, podendo ser facilmente convertida em movimento, luz, calor e som. A energia a vapor exige que os geradores estejam situados na própria fábrica, e mesmo dentro desta a transmissão consome muita energia. A energia elétrica permitiu que os motores fossem acoplados aos instrumentos, diminuindo o uso de eixos e correias de transmissão. A facilidade de transmissão deu à energia elétrica um caráter onipresente e colocou-a ao alcance de uma parcela muito mais ampla da população, dado seu baixo custo. Facilitou também o desenvolvimento de pequenas indústrias, que podiam agora utilizar a mesma fonte geradora de energia das grandes e pagar de acordo com o seu consumo.
O surgimento da energia elétrica gerou progressos também na área de comunicações, com o desenvolvimento do telefone em 1876 e o telégrafo sem fio em 1895. Além disso, houve o descobrimento das ondas de rádio em 1883.
Outro fato revolucionário ocorrido na segunda revolução foi a descoberta do petróleo que possui inúmeras vantagens em relação ao carvão, que utilizado até então, como o fato de que produz duas vezes mais trabalho por unidade de peso e ocupar a metade do espaço. A substituição do carvão pelo petróleo ocorreu primeiramente nas marinhas, enquanto nas ferrovias e na indústria ocorreu mais lentamente (DATHEIN, 2003).
De acordo com Silva e Gasparin (2015), além das novas tecnologias apresentadas anteriormente, o foco dessa revolução foi a especialização do trabalho, ocasionando o aumento da produção e produção em série, resultando no menor custo por unidade de produto fabricado. Taylor e Ford foram as principais figuras desse processo de especialização do trabalho, a partir de suas teorias surgiram as linhas de montagem e esteiras rolantes por onde circulavam as partes do produto a ser montado, de modo a agilizar a produção.
No que tange as formas de mão de obra, de acordo com o autor Chiavenato (2004 p.34): O operário foi substituído pela máquina nas tarefas em que se podia automatizar e acelerar pela repetição. Com o aumento dos mercados, de corrente da redução de preços e popularização dos produtos, as fábricas passaram a exigir grandes contingentes humanos. A mecanização do trabalho levou à divisão do trabalho e à simplificação das operações, substituindo os ofícios tradicionais por tarefas automatizadas e repetitivas que podiam ser executadas por operários sem qualificação e com facilidade de controle.
3.3 TERCEIRA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL – INDÚSTRIA 3.0
De acordo com Boettcher (2015), a terceira Revolução Industrial, ou Indústria 3.0, é conhecida por ser a revolução Técnico-Científico Informacional. Neste processo de revolução, os principais marcos são os avanços na área da informática, robótica, telecomunicações, transporte, biotecnologia e nanotecnologia.
Este processo de revolução iniciou em meados do século XX, após a Segunda Guerra Mundial, nos Estados Unidos, onde a eletrônica aparece como o centro da modernização industrial, desencadeando no surgimento dos primeiros produtos eletrônicos, computadores, televisões, satélites e robôs (ABRANTES, 2018).
De acordo com Curado (2018), este processo de modernização da indústria impactou em um aumento na substituição da força de trabalho humana pela máquina em alguns setores da indústria, sobretudo no primário (exploração de recursos naturais) e secundário (produção em fábricas e indústrias).
Outro marco da Terceira Revolução Industrial foi o processo de Globalização que causou a massificação dos produtos, sobretudo na área da tecnologia. Além disto, esse processo impactou significativamente na expansão do sistema capitalista e fortalecimento das empresas multinacionais.
Na área da ciência também houve inovações e desenvolvimentos em biotecnologia e em engenharia genética. Além disto, ocorreu o descobrimento de novas ligas metálicas revolucionaram a metalurgia e a construção de aeronaves (CURADO, 2018).
As mudanças desencadeadas pela Terceira Revolução Industrial não mudaram apenas as formas de produção, mas também a forma de relacionamento entre as pessoas. Com a utilização da internet nos celulares e acesso a televisão as informações começaram a ser transmitidas em tempo real, ou seja, o acesso a elas tornou-se muito mais rápido (ABRANTES, 2018).
3.4 QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL - INDÚSTRIA 4.0
Após três processo de revolução, acredita-se que o mundo está passando por um novo quarta revolução industrial, que é caracterizada pela aprimoração e sofisticação das tecnologias digitais, presentes na terceira Revolução Industrial, pela inteligência artificial e aprendizagem automática (SCHAWAB, 2016).
Figura 3 – Evolução da produção industrial
Fonte: Adaptada Festo, 2017.
A expressão Indústria 4.0 foi utilizada pela primeira vez em 2011, na Hannover Fair, e é proveniente de um projeto entre empresas, universidades e o governo alemão voltado para a tecnologia e modernização da indústria local. De forma geral, a Indústria 4.0 baseia-se na informatização da indústria, através das inovações tecnológicas, que possibilitam a conectividade da automação, e tecnologias da informação afim de melhorar os processos da manufatura e sua eficiência, além dos produtos gerados. Desta forma, o objetivo deste contexto é criar as fábricas inteligentes (Smart Factory), no qual, o processo de produção será totalmente digitalizado e conectado em rede através de sistemas de informação, tornando a produção autônoma e inteligente. (OLIVEIRA; SIMÕES, 2017).
De acordo com Schawab (2016 p.16):
Ao permitir “fábricas inteligentes”, a quarta revolução industrial cria um mundo onde os sistemas físicos e virtuais de fabricação cooperam de forma global e flexível. Isso permite total personalização de produtos e a criação de novos modelos operacionais.
A vantagem deste novo contexto de produção é o aumento da garantia da eficiência dos processos produtivos, pois há a possibilidade de monitoramento e antecipação de falhas antes mesmo de acontecerem, reduzindo assim perdas monetárias, de tempo de produção, além da garantia em qualidade do produto/serviço ofertado. (OLIVEIRA; SIMÕES, 2017).
Fonte: Baccarin, 2018.
Os produtos produzidos nessas fábricas também serão inteligentes, com propriedades que os tonarão únicos, pois serão conscientes do ambiente, proativos e auto-organizados. Isto permite que eles tomem decisões baseadas em diferentes contextos e até mesmo antecipem atividades e escolhas do usuário (BACCARIN, 2018).
Estima-se que nos próximos anos, as empresas irão incorporar em seus sistemas produtivos, máquinas, sistemas de armazenagem e instalações de produção na forma de sistemas físico-cibernético (CPS – Cyber-Physical Systems). (RODRIGUES; JESUS; SCHÜTZER, 2018).
Para Lee et al. (2008) o sistema físico-cibernético (Cyber-Physical Systems – CPS) é integração entre computadores e processos físicos, no qual monitoram e controlam as
informações em tempo real. Com a aplicação deste sistema, a indústria garante um grande potencial na sua cadeia de produção. Esse sistema otimiza a indústria por meio de controle e monitoramento entre todos os processos de produção para atender da melhor maneira possível a necessidade dos clientes, ajudando na eficiência do contexto Indústria 4.0. (OLIVEIRA; SIMÕES, 2017).
De acordo com Rodrigues et. al. (2018), a Indústria 4.0 pode ser resumida como um conjunto entre CPS, pessoas e fábricas inteligentes integrando entre si utilizando recursos da Internet dos Serviços e da Internet das Coisas.
Acredita-se que, além do impacto no setor industrial, a Indústria 4.0 representará uma mudança significativa na vida das pessoas, pois trará uma série de facilidades para o mundo moderno e impactando diretamente nos aspectos sociais e econômicos em escala mundial. (GIRARDELO, et. al 2016).
A Indústria 4.0 exigirá cada vez mais novas competências profissionais. Para aproveitar as oportunidades propiciadas por essa revolução, pessoas e empresas terão de investir em conhecimento e ficar antenadas com os avanços das tecnologias emergentes.
A indústria 4.0 é composta por nove conceitos ou ferramentas, que servem como pilares fundamentais para o seu desenvolvimento, com o objetivo de melhoria contínua e eficiência dos processos. Estas ferramentas serão apresentadas nas próximas seções de forma individual.
3.4.1 Internet das Coisas (Internet of Things)
O termo Internet of Things (IoT) foi citado pela primeira vez em uma palestra do especialista britânico em tecnologia Kevin Ashton, em 1999. Segundo Kevin, se os computadores fossem capazes de saber as coisas através dos dados coletados, sem interferência humana, seria possível otimizar diversas atividades rotineiras. (TOTVS, 2019).
Desde os anos 2000, a tecnologia tem evoluído rapidamente, a partir de então, foi possível transformar a ideia apresentada por Kevin em realidade, e atualmente o IoT tornou-se um tema muito comum, sobretudo quando relacionado a Indústria 4.0.
A internet das coisas é a “peça chave” da Indústria 4.0, devido a possibilidade de conexão, via envio de dados, entre máquinas por meio de sensores e dispositivos eletrônicos, na qual, permite e facilita a centralização e automação do controle de produção, ajudando-a a tornar uma indústria inteligente, transformando significativamente os meios convencionais de produção.
Em suma, é ela a responsável pela conexão entre os meios físicos e digitais (OLIVEIRA; SIMÕES, 2017
Os autores Santos et al (2016 p. 2) destacam:
A Internet das Coisas, em poucas palavras, nada mais é que uma extensão da Internet atual, que proporciona aos objetos do dia-a-dia (quaisquer que sejam), mas com capacidade computacional e de comunicação, se conectarem à Internet. A conexão com a rede mundial de computadores viabilizará, primeiro, controlar remotamente os objetos e, segundo, permitir que os próprios objetos sejam acessados como provedores de serviços. Estas novas habilidades, dos objetos comuns, geram um grande número de oportunidades tanto no âmbito acadêmico quanto no industrial.
A otimização de atividades, proporcionada pelo IoT, não ocorre apenas no âmbito industrial, é ampla também para os ambientes domésticos e para população em geral. Hoje já encontramos no dia-a-dia, exemplos comuns da aplicação do IoT como as TVs “inteligentes” que tornam possível acessar sites e aplicativos por meio da televisão, ou câmeras de segurança que, on-line, permitem que uma pessoa monitore a sua casa a distância ou vigie seu estabelecimento ou até outros objetos da casa (sistema de iluminação, eletrodomésticos entre outros). Com esta tecnologia é possível até que você envie um comando para encher a banheira para o seu banho e controlar a temperatura da água enquanto está no trânsito a caminho de casa (KRAUSE, 2019).
3.4.2 Big data e análise de dados
Com a utilização da Internet das Coisas (IoT), há a inserção de uma quantidade significativa de dispositivos conectados à rede, desta forma, o volume, velocidade e variedade de dados gerados é imensa. A essa enorme quantidade de dados é denominado de Big Data. E essa coleção de dados é fundamental para a quarta Revolução Industrial, pois é através destes dados que é possível obter novos insights que podem aumentar os negócios, elevar a produtividade e abrir novas oportunidades comerciais. (BACCARIN, 2018)
Os autores Oliveira e Simões (2017 p.3), descrevem:
O big data tem como propósito para a indústria 4.0 colecionar todos os dados considerados relevantes e processá-los com o intuito de transformá-los em conhecimentos, com a finalidade de utilizar estas informações para as tomadas de decisões inteligentes sendo eficientes e eficazes para agregar na indústria do futuro.
Ainda referindo-se à importância do Big Data, a Intel (2013) afirma que esta força revolucionária, representa oportunidades e desafios às organizações de TI. Pois de acordo com
um estudo da McKinsey Global Institute, se as organizações podem capturar, analisar, visualizar e aplicar o Big Data às suas metas empresariais, podem se diferenciar da concorrência e superá-la em termos de eficiência operacional e resultados.
De forma, sucinta, com o Big Data em sistemas IoT os grandes fluxos de informação podem ser avaliados online com ferramentas avançadas trabalhando em nuvem em velocidade de transmissão. Ou esses dados podem ser armazenados em nuvem para análises futuras, que permitem otimizar operações e fornecer informações para tomadas de decisão mais assertivas. Espera-se obter, a partir disto, mudanças radicais nas áreas de economia, inovação e interação social. (BACCARIN, 2018)
3.4.3 Computação em Nuvem
Assim como o surgimento do Big Data, os sistemas em “nuvem” também são provenientes do excesso de dados gerados a partir dos dispositivos conectados à rede. Com essa crescente demanda por dados, tornou-se difícil aos sistemas de hardware e software suportar e gerir esta grande carga. Deste modo, surge a Computação em Nuvem, originária do inglês Cloud Computing, que possibilita o acesso das informações armazenadas de qualquer lugar. Para esse tipo de infraestrutura, são necessários recursos físicos (servidores, redes de armazenamento e computadores) e recursos digitais (como softwares, aplicativos e soluções integradas) (LIMA; PINTO, 2019).
Graças a Computação em Nuvem, os dados gerados não são mais armazenados em discos rígidos e sim disponíveis na Web, resultando em economias com hardwares superpotentes, visto que as tarefas podem ser realizadas em servidores remotos. Este tipo de armazenamento de dados tem sido muito atrativo para as empresas, dentre todos os motivos, pode-se destacar: melhor custo-benefício (dispensa de datacenters locais e aquisição de alguns softwares e hardwares), aumento de produtividade (não há necessidade de configurações de hardwares e correções de softwares), dimensionamento “elástico” (a potência de computação, o armazenamento e a largura de banda podem aumentar ou diminuir conforme seja necessário) e segurança (muitos provedores de comunicação em nuvem, fornecem amplo conjunto de tecnologias e controles que fortalecem as medidas de segurança dos dados). (DURBANO, 2018)
3.4.4 Segurança cibernética
Conforme analisado nas ferramentas da Indústria 4.0, até agora, há uma grande dependência da utilização da internet. Desta forma, um dos grandes desafios para o sucesso Indústria 4.0, está na segurança e capacidade dos sistemas de informações. Com a maior conectividade, há também uma maior demanda por proteções contra ataques cibernéticos, resultando, deste modo, no desenvolvimento de novas tecnologias para este fim (PEREIRA; SIMONETTO, 2018).
A partir da crescente utilização da internet e integração de sistemas, para os mais diversos fins, surgiram as “ameaças cibernéticas” que são caracterizadas pelo roubo de informações, acesso à sistemas ou compartilhamento de informações de forma não autorizada, e são muitas vezes proporcionados pelo anonimato advindo da utilização internet.
De acordo com este cenário, Alves et. al (2014) afirmam:
Para controlar este ambiente virtual foram sendo estabelecidas políticas de controle relacionadas à segurança da informação ou segurança cibernética. As políticas de segurança são adotadas por empresas públicas ou privadas com a finalidade de proteger seus ambientes tecnológicos e todas as informações neles contidas. Muita atenção também deve ser dada às políticas públicas relacionadas à segurança da informação, que são tratadas pelos órgãos governamentais, de forma a proteger os cidadãos e o Estado. Para evitar ou minimizar tais “ameaças cibernéticas” as nações estão buscando cada vez mais melhorar os seus sistemas de segurança, para proteger as informações dos governos e demais segmentos da sociedade. Uma das ações promovidas pelos governos, está na promoção de diálogos para troca de ideias, iniciativas e informações visando a cooperação do tema entre os países (ALVES et. al, 2014).
3.4.5 Robôs autônomos
Os robôs autônomos são máquinas capazes de realizar, sem que haja interferência do homem, tarefas em ambientes desestruturados. Desta forma, fica sobre tarefa da máquina detectar e tomar decisões sobre situações não previstas ou problemas identificados. Esta colaboração entre homem e máquina tem um potencial revolucionário, sobretudo nas linhas de produção industrial (CNI DIGITAL, 2017).
De acordo com Schwab (2016), inicialmente, a utilização de robôs estava mais presente em indústrias específicas, como a automotiva, por exemplo. Porém, com o rápido avanço da robótica, estima-se que a interação entre humanos e máquinas será uma realidade cotidiana.
Cada vez mais, os robôs estão tornando-se adaptáveis e flexíveis, o que possibilita a sua utilização nos mais variados cenários. Além disto, os avanços em componentes como sensores, proporcionam aos robôs uma melhor compreensão e resposta ao seu ambiente.
3.4.6 Realidade aumentada
Uma das vantagens da Indústria 4.0 para as empresas é a possibilidade de avaliar como serão os seus produtos, antes mesmo de coloca-los no mercado e poder prever se executará com eficiência as suas operações. Isto tudo, sem a necessidade de que haja uma “prova” física. Com os ambientes virtuais, existe a possibilidade de simular cada processo e verifica-lo virtualmente, antes de iniciar um processo de produção física (LIMA; PINTO, 2019).
Paiola (2019) exemplifica a utilização da realidade aumentada na indústria:
Através da projeção de cenários virtuais sobre o mundo físico, a utilização da Realidade Aumentada permite uma integração em tempo real com informações e dados obtidos através da integração de dados provenientes de sistemas industriais, GPS, câmeras de vídeo e internet. Integrados a dispositivos móveis, esses equipamentos formam imagens que representam uma interação direta entre o usuário e os objetos em seu ambiente de trabalho. No caso do setor industrial, permite o acompanhamento virtual de dados de processo, incluindo a operação de máquinas por parte de operadores, o acompanhamento da produção em tempo real por parte dos gestores e a orientação de procedimentos de manutenção e segurança no ambiente de produção para especialistas remotos, que atuem diretamente na manipulação dos equipamentos.
Ainda conforme Paiola (2019) é, e será, cada vez mais comum na indústria a utilização deste tipo de tecnologia para a otimizar recursos, evitar riscos no ambiente de trabalho e proporcionar às empresas maior produtividade, e consequentemente, maior lucratividade.
3.4.7 Simulação
Da mesma forma que a realidade aumentada, este conceito permite que os processos e produtos sejam testados e ensaiados durante a fase de desenvolvimento, reduzindo os custos com falhas e o tempo de execução do projeto. Através das simulações, são criadas cópias fiéis das linhas de produção, por exemplo, o que possibilita que todo o processo de produção seja avaliado antes da realização de quaisquer mudanças no ambiente real.
Esta técnica está sendo utilizada também em empresas fabricantes de robôs industriais, a fim de reduzir o tempo de entrega dos produtos e os custos. “A estratégia utilizada é simular
em laboratório operações, movimentos e as trocas de sinais que os equipamentos terão em um ambiente real de produção” (CARDOSO, 2016 p.30).
3.4.8 Integração de sistemas
A integração entre os sistemas, dentro da Indústria 4.0, visa intensificar a conexão entre todas as fases da cadeia de valor e os níveis de hierarquia de uma organização, desde o chão de fábrica até os níveis de diretoria. De forma resumida, é a compatibilidade e troca de informações entre os sistemas de TI de uma empresa, a fim de facilitar e otimizar os processos de tomada de decisão.
De acordo com Cardoso (2016, apud Gharegozlou, 2016), o ponto chave da integração de sistemas, na indústria 4.0, é fazer com que sistemas diferentes tenham conexão entre si, e isso passa pela padronização e adoção de um protocolo único de comunicação. O que compromete a sua aplicação na atualidade, é que cada fabricante utiliza protocolos e arquitetura de comunicação diferentes o que dificulta a interoperabilidade entre sistemas. Este é um dos pontos que devem ser observados pelas empresas que visam implementar as tecnologias da Indústria 4.0 em seus processos de produção. Para que os dados gerados pelos equipamentos e produtos da empresa sejam utilizados com eficiência, é necessário que todos tenham o mesmo tipo de comunicação, desde os equipamentos da fábrica até os produtos que são gerados por eles.
3.4.9 Manufatura Aditiva (Impressão 3D)
A manufatura aditiva é o conjunto de tecnologias de impressão 3D que permite criar objetos a partir do zero utilizando modelos digitais. Com ela, é possível produzir peças complexas otimizando recursos. Este tipo de tecnologia é cada vez mais comum, para a produção dos produtos mais variados (LACERDA, 2019).
Este processo de fabricação é diferente da forma como os objetos foram produzidos até hoje. Na impressão 3D, diferentemente da fabricação subtrativa, o objeto é produzido camada sobre camada, a partir de um modelo digital, onde a impressão inicia com um material desarticulado e finaliza com um objeto em três dimensões. Com a impressão 3D, é possível personalizar diversos objetos com facilidade, o que possibilita a utilização desta tecnologia para
uma gama de aplicações, desde turbinas eólicas (grandes objetos) até implantes médicos (pequenos objetos) (SCHWAB, 2016).
Ainda, segundo Schwab (2016 p.25):
Os investigadores já estão trabalhando em 4D, um processo que criaria uma nova geração de produtos capazes de fazer modificações em si mesmos de acordo com as mudanças ambientais como calor e umidade. Essa tecnologia poderia ser utilizada em roupas e sapatos, bem como em produtos relacionados à saúde, por exemplo, implantes projetos para se adaptarem ao corpo humano.
De acordo com Lacerda (2019), muitas empresas optam por este tipo de tecnologia, para reduzir o custo unitário das peças produzidas, para ter uma prototipagem rápida, para a criação de peças com formatos complexos, para aumentar a personalização dos seus produtos e também para a redução dos resíduos gerados a partir do processo de fabricação.
A manufatura aditiva funciona da seguinte forma, primeiramente é realizada a modelagem digital, que consiste na confecção do desenho do objeto a partir de um software computadorizado. Após o desenho, é preciso dividi-lo em camada, pois, como explicado anteriormente, neste processo o objeto é produzido camada por camada. E finalmente, na última etapa, o arquivo é enviado para a impressora 3D para iniciar a produção da peça (LACERDA, 2019).
3.4.10 Desafios e propostas de Implementação da Indústria 4.0 no Brasil
Como esse conceito de indústria surgiu na Europa e ainda é novo, sua difusão no Brasil ainda é limitada, embora seja uma estratégia a ser adotada por grandes indústrias como forma de vencer a competitividade nacional (OLIVEIRA; SIMÕES, 2017).
De acordo com um estudo realizado pela FIRJAN, as indústrias brasileiras encontram-se atualmente entre a segunda e a terceira revolução industrial. Sendo o setor automotivo, o setor mais adiantado em relação à indústria 4.0. É possível inferir, que de forma generalizada, a indústria brasileira distribui-se entre as empresas com linhas de montagem e com aplicação da automatização (PEREIRA; SIMONETTO, 2018 apud FIRJAN, 2016).
O Brasil, assim como outros países está buscando se ajustar a este novo cenário, proporcionado pela Indústria 4.0, porém há alguns desafios que ainda dificultam estas mudanças. Em relação a isto, os autores Oliveira e Simões (2017 p.4 apud CNI 2016) afirmam: As principais barreiras internas enfrentadas hoje pelas indústrias do país para a adoção das tecnologias e manufatura avançada, são os altos custos de implantação, a falta de clareza na definição do conhecimento sobre o retorno do investimento aplicado nas
digitalizações, e em terceiro lugar, as dificuldades de implantações devido às estruturas das indústrias e culturas das mesmas. Quanto ao ambiente externo, as barreiras enfrentadas pelo mercado de trabalho são destacadas na insuficiência da infraestrutura de telecomunicações do país, na ausência de linhas de financiamento apropriadas e pela falta de profissional e mão de obra qualificada para atender a demanda.
Para reverter este cenário, o governo tem buscado estratégias para deixar o Brasil cada vez mais próximo da Indústria 4.0. Dentre estas ações, foi criado em junho de 2017, pelo MDIC (Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior) um grupo com mais de 50 instituições representantes, para debater sobre as diferentes ações para Indústria 4.0 no Brasil. Com isto, foi desenvolvida a Agenda Brasileira para a Indústria 4.0 que serve como um orientativo com medidas que deverão auxiliar os empresários brasileiros nesta trajetória rumo à transformação digital e ao futuro da produção manufatureira. Esta agenda possui quatro premissas: Fomentar iniciativas que facilitem e habilitem o investimento privado, haja vista a nova realidade fiscal do país; Propor agenda centrada no industrial/empresário, conectando instrumentos de apoio existentes, permitindo uma maior racionalização e uso efetivo, facilitando o acesso dos demandantes, levando o maior volume possível de recursos para a “ponta”; Testar, avaliar, debater e construir consensos por meio da validação de projetos-piloto, medidas experimentais, operando com neutralidade tecnológica; Equilibrar medidas de apoio para pequenas e médias empresas com grandes companhias (ABDI, 2018).
Ainda de acordo com um levantamento feito pela Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI, 2018), a estimativa anual de redução de custos industriais no Brasil, a partir da migração da indústria para o conceito 4.0, será de, no mínimo, R$ 73 bilhões/ano. Essa economia será proveniente dos ganhos em eficiência, redução nos custos de manutenção de máquinas e consumo de energia.
3.5 ANÁLISE FUNCIONAL
A análise funcional do produto, conforme BAXTER (2000), é um método de análise das funções exercidas por um determinado produto e como tais funções são percebidas pelos usuários. É necessário, para realizar uma análise funcional, conhecer o funcionamento do produto e ter capacidade de prever as percepções dos usuários sobre as funções do produto, e qual é a importância relativa que os usuários atribuem a essas funções.
Esta técnica pode ser aplicada tanto para produtos existentes como para aqueles em projeto. Ela aumenta os conhecimentos sobre o produto, do ponto de vista funcional e do
usuário, de forma lógica e sistemática. Os resultados obtidos, podem ser usados para estimular a geração de conceitos e podem fornecer elementos para outras análises posteriores (análise de valores, análise de falhas, etc.).
3.6 MATRIZ MORFOLÓGICA
De acordo com Zavadil e outros (2014, apud YAN, 1998), a matriz morfológica procura sistematizar as diferentes combinações de elementos ou parâmetros com o objetivo de encontrar uma nova solução para o problema. A concepção da matriz morfológica é realizada em etapas, onde inicia-se listando as funções do produto, posteriormente são analisados os possíveis meios (princípios de solução) para cada função, e por fim, é representado visualmente as funções e os princípios de solução para explorar as combinações.
Esta é uma forma sistemática de gerar alternativas para todas as combinações de variáveis possíveis para soluções e subsoluções ao problema de projeto. Envolve o desenvolvimento de uma lista de parâmetros associados ao problema e, a partir desta, a geração de alternativas para cada parâmetro, com o objetivo de compreender melhor a situação do problema e descobrir combinações de componentes que poderiam não ser feitas sem o uso da técnica.
Essa metodologia pode ser utilizada para auxiliar no desenvolvimento de novos produtos, onde são mapeadas as funções principais e a partir disto, a equipe de desenvolvimento pode iniciar as especificações técnicas do produto para atender as funções principais.
De acordo com Bitencourt (2001) na primeira coluna da matriz morfológica são preenchidas as funções que foram mapeadas na análise funcional. A transcrição destas funções na matriz morfológica fica a critério da equipe que está analisando o produto podendo ser agrupadas ou detalhadas em atributos mais elementares de forma que auxilie a geração de novas ideias para a execução das funções. Nas demais colunas são representadas os meios como o produto pode executar tais funções. Através desta representação é possível avaliar quais as características já implementadas no produto e quais pode-se evoluir.
Por exemplo, na figura abaixo está representada a estrutura de uma matriz morfológica, onde as funções mapeadas em uma análise funcional estão representadas na coluna “função”. Observando primeira linha, a função F1 possui duas soluções possíveis para sua execução, cabendo a equipe de desenvolvimento do produto, utilizar uma das duas soluções ou até mesmo as duas em conjunto.
Figura 5 - Estrutura Matriz Funcional
Autor: Bitencourt, 2001
3.7 TOOLBOX INDUSTRIE 4.0
Para iniciar um processo de implantação da Indústria 4.0 em uma empresa, é necessário que sejam elaboradas estratégias para partir do estado atual da empresa, até onde almeja-se chegar. Não há uma regra sobre como realizar esse processo de evolução, contudo há alguns autores que sugerem algumas medidas que podem auxiliar nesse processo.
A Associação Alemã de Fabricantes de Máquinas e Instalações Industriais (VDMA) emitiu uma diretriz para apoiar as empresas de maneira prática, nesse processo de desenvolvimento dos modelos de negócios da Indústria 4.0. Essas diretrizes foram desenvolvidas em conjunto com representantes da indústria e ciência, onde o conceito de oficina e a "Toolbox Industrie 4.0" foram realizados e testados com quatro empresas-piloto em engenharia mecânica e de instalações. (BMWI, 2015, tradução nossa)
As ferramentas e procedimentos da diretriz desenvolvida pela VDMA tem por objetivo apoiar o desenvolvimento individual de pontos fortes e competências da empresa. A diretriz é dividida em cinco etapas: fase de preparação, análise, fase de criatividade, avaliação e introdução de modelos de negócios desenvolvidos.
Abaixo segue o detalhamento das etapas previstas pela diretriz desenvolvida pela VDMA:
• Preparação: O objetivo desta etapa é criar um entendimento comum sobre o assunto Indústria 4.0 na empresa avaliada, através da elaboração de equipes que serão as responsáveis por realizar os whorkshops, para discussões e implementação da Indústria 4.0 na empresa.
• Análise: A fase de análise tem como intuito avaliar a expertise disponível na empresa em relação às tecnologias da Industria 4.0, avaliando sua posição no mercado e seus
conhecimentos em relação à Industria 4.0. Esta etapa é desenvolvida a partir dos níveis de aplicação e fases de desenvolvimento da Toolbox da Industrie 4.0, esta análise das competências é realizada tanto para os produtos como para a produção. Os resultados obtidos a partir desta etapa são utilizados para avaliar em quais camadas de aplicação a empresa deve se desenvolver, e para ser base da etapa de criatividade.
• Criatividade: Nesta fase é realizada a geração de novas ideias e elaboração de novos conceitos de modelos de negócio voltados para Industria 4.0.
• Avaliação: O objetivo desta fase é a avaliação dos conceitos previamente elaborados para a empresa. A equipe, identifica através de whorshops e das etapas anteriores quais os modelos de negócio com maior potencial de ganhos para a empresa (tanto para o mercado quanto para a produção), ou com melhor custo benefício.
• Introdução: Por último, a equipe do projeto elabora as propostas geradas e prepara-as para uma análise mais aprofundada ou para apresentar à direção da empresa. Desta forma, os resultados do workshop podem ser transferidos para projetos adequados para Implementação.
De acordo com o Ministério Federal de Economia e Energia alemão (BMWI, 2015, tradução nossa), a Toolbox ou “caixa de ferramentas” da Indústria 4.0 é um instrumento para apoiar empresas na identificação de potenciais em relação à Indústria 4.0 e no desenvolvimento de ideias para novos modelos de negócio. Através desta ferramenta é identificada a posição da empresa no mercado e os seus conhecimentos internos em relação à Indústria 4.0. Com base nisso, técnicas de criatividade são usadas para gerar novas ideias para novos modelos de negócios. A aplicação desta caixa de ferramentas ocorre tanto nas áreas de produção quanto nos produtos que são desenvolvidos pela empresa.
De acordo com Rodrigues e outros (2016, p.41):
A Toolbox Industrie 4.0 é estruturada em seis camadas de aplicação e cinco classes de desempenho. As camadas de aplicação indicam possíveis áreas de implementação para a Industrie 4.0; já as classes de desempenho identificam possibilidades de implementação em potencial. Quanto maior for a classe de desempenho, tanto mais próximo da visão Industrie 4.0 se está.
A Toolbox de Produção e de Produto serão apresentadas individualmente nas seções a seguir. Como o foco do presente trabalho é a aplicação da Toolbox de Produto, a Toolbox de Produção será apresentada de forma superficial, apenas para conhecimento do leitor.
3.7.1 Toolbox para Produção
Conforme Thizon (2017 apud Geissbauer et al. (2014), a Indústria 4.0 auxiliará as empresas no atingimento de um processo de produção eficiente. De um estudo realizado com 235 empresas, espera-se que elas tenham significativos benefícios quantitativos através de investimentos nas aplicações da Indústria 4.0 nos próximos cinco anos. O estudo mostra também, que benefícios qualitativos são esperados, como melhor planejamento e controle da produção e logística, maior flexibilidade na produção e satisfação dos clientes.
A seção "produção" da Toolbox da Industrie 4.0 centra-se em abordagens relacionadas com os sistemas de produção da empresa. O ponto de partida para as considerações é a questão de como os processos de produção podem ser otimizados e como os custos de produção podem ser reduzidos com a ajuda da Industrie 4.0 (VDMA, 2015, tradução nossa).
A Industrie 4.0 valoriza muito a ligação em rede da produção, através da utilização das modernas tecnologias da internet. Através desta conexão dos equipamentos com a internet, é possível o processamento dos dados gerados pelas máquinas, além do monitoramento em tempo real, para acompanhar e antecipar as possíveis falhas de processo. Além disto, é possível tornar o processo de planejamento e controle mais autônomo e mais flexíveis, visto que, a produção de pequenos lotes se tornará uma demanda cada vez mais frequente (VDMA, 2015, tradução nossa)
Os níveis de aplicação da seção "produção" estão divididos em: processamento de dados na produção; comunicação entre máquinas; produção interligada através de rede com toda a empresa; infraestrutura de tecnologia da informação e comunicação (TIC) dentro da linha de produção; interface homem-máquina e eficiência para pequenos lotes. A Toolbox de Produção está representada abaixo na figura 6.
Figura 6 - Toolbox de Produção
3.7.2 Toolbox de Produtos
A Indústria 4.0 proporciona, além de fábricas inteligentes, produtos inteligentes com alto grau de personalização, que se adequam à demanda do mercado. O desenvolvimento de produtos da Indústria 4.0 tem como base a utilização dos componentes tecnológicos IoT, Big Data, Cloud Computing, entre outros, assim como no desenvolvimento das fábricas inteligentes.
Desta forma, as empresas que almejam criar um valor “a mais” para seus potenciais clientes, devem investir tanto nas tecnologias voltadas para o sistema produtivo quanto para o desenvolvimento dos seus produtos.
Segundo os autores Anderl e Fleischer (2016, p. 13 tradução nossa):
A caixa de ferramentas da Industrie 4.0 denominada "produtos" apoia a geração de ideias durante o desenvolvimento de produtos inovadores na Indústria 4.0. A caixa de ferramentas pode ser aplicada a produtos inteiros, bem como a componentes únicos de produtos. Assim como na Toolbox de Produção, a Toolbox de produto é dividida em seis camadas de aplicação, na qual cada uma possui cinco níveis de desempenho. Onde, quanto menor o nível de desempenho do produto, mais longe da Indústria 4.0 ele está.
As camadas de aplicação avaliadas na sessão “Produtos” são: Integração entre sensores e atuadores; comunicação e conectividade, funcionalidades para armazenamento e trocas de informação, monitoramento, serviços de TI relacionados ao produto e modelo de negócio voltado ao produto.
Ainda segundo os autores Anderl e Fleischer (2016, p.13 tradução nossa):
Para conseguir produzir um produto no nível da Indústria 4.0, é necessário que a alta gestão da empresa esteja alinhada com um novo modelo de negócios, esse modelo consiste em um Modelo de Negócios voltado para o produto, a empresa tem que estar disposta a desenvolver produtos que atendam a necessidade do cliente e adapta-los sempre que necessário, mas como fazer isso? Vendendo serviços e funções especificas para cada cliente, portanto o lucro da empresa não se baseia na venda de um produto, mas na venda das funções que serão adicionadas de acordo com a necessidade do cliente.
É importante ressaltar, porém que nem todas as partes da Toolbox podem ser aplicadas a todos os produtos da empresa. Por exemplo, peças simples, como parafusos e ferramentas, não necessitam de conexão à internet e nem tampouco o intercâmbio de dados e troca de informações. Porém, as ideias originadas a partir da análise do produto podem ser utilizadas para aumentar a eficiência de produção ou o desenvolvimento de um novo modelo de negócios voltado ao produto.
