Manufatura 4.0: como funciona, tecnologias e como implementar

Equipe TOTVS | 11 abril, 2022

A manufatura 4.0 é o retrato de um novo estágio da indústria. Máquinas a vapor, mecanização, eletricidade, produção em massa, automação da produção e uso de microeletrônicos são parte da nossa história. 

Passamos por um longo processo de inovações para chegarmos à indústria 4.0. Com ela, a integração da tecnologia de maneira inteligente atinge todos os tipos de indústrias, inclusive a manufatura. 

E como seria a manufatura 4.0 no Brasil? Antes de pensar nisso, é preciso compreender o que é manufatura 4.0, como ela funciona e seus pilares. 

Vem com a gente!

O que é manufatura 4.0?

Manufatura 4.0 ou manufatura avançada é a designação para fábricas inteligentes que utilizam máquinas integradas a sensores e atuadores que se comunicam entre si. 

Essas fábricas são equipadas com sistemas tecnológicos que coletam e analisam dados para embasar a tomada de decisão. 

Isso pode gerar ainda mais valor quando há combinação entre os dados operacionais de produção, ERP, supply chain, atendimento ao cliente e outros sistemas corporativos. 

O desenvolvimento de fábricas inteligentes é uma grande oportunidade para a indústria manufatureira entrar na quarta revolução industrial. 

Falando nisso, notou alguma semelhança entre manufatura e indústria 4.0? O motivo é simples: a indústria 4.0 nasce nos modelos de produção de manufatura (indústria de transformação).

Mas fique atento! A indústria 4.0 não está restrita à manufatura. Isso porque a ela independe do modelo produtivo, e a integração de tecnologias inteligentes pode estar presente também na indústria de processos contínuos, outro tipo de indústria.

Como funciona a manufatura 4.0?

O funcionamento da manufatura digital na indústria 4.0 é baseado na Internet of Things ou Internet das Coisas. E como essa tecnologia se aplica à manufatura 4.0?

As máquinas no chão de fábrica se conectam com outros dispositivos habilitados para a web por meio de sensores dotados de endereço IP. Essa conectividade permite que grandes quantidades de dados valiosos sejam coletados, analisados e trocados.

Neste contexto, para termos uma fábrica inteligente, é preciso implantar um conjunto de tecnologias de informação e automação para formar um sistema de produção físico-cibernético. É esse sistema que aborda a digitalização das informações e a comunicação entre máquinas, sistemas, produtos e pessoas.

Para que essa proposta funcione, é fundamental que ocorra um planejamento eficiente, capaz de minimizar custos e erros durante o processo. Afinal, estamos falando de uma completa comunicação e troca de dados.

Antes do início da produção, é feito um planejamento, uma simulação e a validação desse plano. Só então é que começa a manufatura do produto.

Para compreender melhor o funcionamento desse novo estágio de manufatura, precisamos conhecer a manufatura 4.0 e seus 4 pilares.

Quais são os pilares da manufatura 4.0?

As fábricas inteligentes são focadas na produção de bens de forma eficiente e produtiva em toda a cadeia de valor. Para entender como isso é possível, é fundamental pensar na manufatura 4.0 e seus 4 pilares.

São eles:

  • Internet das Coisas (IoT): rede de plataformas, sistemas, objetos físicos e aplicativos com tecnologia embarcada para comunicação e interação com ambientes internos e externos. Na prática, permite a interação entre máquinas e sistemas, sendo a base da manufatura na indústria 4.0.
  • Big Data: são os grandes volumes de informações gerados pela conexão dos sensores (IoT) presentes em todo o processo produtivo. Esses dados coletados devem ser tratados e armazenados, o que permite gerar uma base de conhecimento para as tomadas de decisões na indústria. 
  • Cibersegurança: os sistemas de segurança cibernética devem ser robustos para proteger as informações e os sistemas de falhas e ameaças que podem comprometer a produção fabril. É um desdobramento da conexão entre as redes corporativas (TI), de automação e operacionais (TA). 
  • Sistemas ciber-físicos (CPS): permitem a união dos mundos virtual e físico. São compostos por sensores e atuadores (interagem com o mundo físico), tecnologias de identificação, análise de dados e mecanismos de armazenamento. O uso de CPS pode melhorar os processos fabris por meio do compartilhamento de informações em tempo real entre máquinas industriais, as cadeias de fornecimento de fabricação, os fornecedores e os sistemas de negócio e cliente. 

Exemplo da manufatura 4.0 e seus 4 pilares

Para entender o que é manufatura 4.0 na prática, vamos a um exemplo.

Você possui uma linha de produção voltada para confeccionar o produto XIS. Na fase de acabamento, será preciso contar com porcas e parafusos. 

Na sua fábrica, há um recipiente inteligente para esses objetos. Ele possui uma câmera infravermelha embutida capaz de identificar o montante de peças nele contido.  

Se a quantidade dos objetos estiver abaixo do estoque de segurança, as novas peças serão encomendadas automaticamente pelo depósito por meio do sistema de RFID

É o CPS que torna possível essa comunicação remota em tempo real, evitando a sobra e o excesso dessas peças no controle de estoque. Mas vale lembrar que essa rede de objetos físicos e virtuais que interagem entre si e tomam decisões é a Internet das Coisas.

Agora imagine que sua linha de produção está voltada para produzir o produto XIS na cor vermelha. 

No entanto, seu aplicativo de Big Data, além de receber dados do chão da fábrica, analisa as redes sociais e percebe que seus consumidores preferem o produto na cor roxa.

O setor de planejamento de produção pode analisar essa informação para reajustar a produção para o produto na cor preferida do mercado.

Se essa tarefa fosse feita manualmente, seria inviável entregar a informação em tempo hábil para reajustar a produção. Também seria praticamente impossível cruzar esses dados com informações de outras fontes (fornecedores, ERPs, dados não estruturados etc.).

Essas informações sobre o mercado consumidor são uma boa vantagem competitiva. Por isso, seu negócio conta com soluções robustas de cibersegurança para manter a integridade e a confidencialidade dos dados.

Em um único exemplo, você viu na prática a manufatura 4.0 e seus 4 pilares.

Vamos adiante para saber sobre a manufatura 4.0 no Brasil?

Um panorama sobre a manufatura 4.0 no Brasil

Em 2016, a Confederação Nacional de Indústrias (CNI) lançou uma publicação intitulada “Sondagem Especial – Indústria 4.0”. 

Esse estudo constatou que, naquela época, a indústria brasileira ainda estava se familiarizando com os impactos da manufatura avançada.

Foram apresentadas 10 opções de tecnologias digitais para as empresas consultadas. Entre elas, 43% não identificaram as tecnologias digitais com maior potencial para impulsionar a competitividade da indústria.

Esse desconhecimento vem acompanhado do baixo uso de tecnologias digitais pelas empresas industriais. Do total das indústrias, 63% das grandes empresas usam ao menos uma das tecnologias listadas, porém esse percentual cai para 25% entre as pequenas. 

Em 2018, o presidente da Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial (ABDI) apontou que apenas 2% das indústrias no Brasil operam com a manufatura 4.0. A expectativa é que consigamos ter 24% das indústrias atuando com manufatura avançada em 2027. Ainda assim, muito pouco.

Apenas a título de curiosidade, países como Estados Unidos, Coreia do Sul e Alemanha possuem cerca de 15% do total de indústrias na manufatura 4.0. Esses são dados de 2018.

Como justificar a baixa porcentagem de implementação da manufatura 4.0 no Brasil? Existem muitos desafios a serem enfrentados, como veremos adiante. No entanto, para compreendê-los, vamos dar um panorama geral das tecnologias envolvidas na manufatura avançada.

Quais tecnologias estão envolvidas na manufatura 4.0?

A compreensão sobre o que é manufatura 4.0 só se torna completa quando conhecemos as tecnologias que podem ser aplicadas ao negócio.

Veja a seguir as inovações que fazem parte da indústria de transformação:

Automação Industrial

Automação industrial é o uso de sistemas de controle, como robôs ou computadores, e tecnologias de informação para lidar com diferentes máquinas e processos industriais. 

É, assim, a aplicação de tecnologias de softwares, equipamentos específicos e hardwares em processos produtivos. 

O objetivo é atingir maior autonomia e aumentar a produtividade.

Impressão 3D

Falar em manufatura aditiva na indústria 4.0 é lembrar da impressão 3D. Essa tecnologia é um ótimo exemplo de tecnologia quando pensamos o que é manufatura 4.0.

Ela imprime objetos por meio da sobreposição progressiva de um material. Na indústria, a impressão 3D é responsável por produzir protótipos e peças necessárias aos processos industriais. 

Seu grande benefício é reduzir o tempo de desenvolvimento de novos produtos e, assim, contribuir para a redução de gastos.

Cloud Computing

Cloud computing ou computação em nuvem é a disponibilidade sob demanda de recursos do sistema computacional. É uma das bases de qualquer estratégia da manufatura e Indústria 4.0

A fabricação inteligente exige conectividade e integração de inúmeros setores industriais, o que só é possível por meio da nuvem. 

Além disso, lidamos com uma enorme quantidade de dados, que devem ser armazenados e analisados. O processamento mais eficiente e econômico desses dados se dá também por meio da computação em nuvem.

Inteligência Artificial (I.A.)

A inteligência artificial e o machine learning são duas tecnologias que permitem que a indústria de transformação aproveite ao máximo o volume de informações geradas no chão de fábrica e em suas unidades de negócios. 

Elas podem criar insights que proporcionam previsibilidade, visibilidade e automação de operações e processos de negócios. 

Pense que três máquinas industriais da sua linha de produção estão propensas a quebrar durante o processo. Com a coleta de dados desses ativos, é possível acionar a equipe de manutenção preditiva antes que elas causem interrupção da produção.

Este é um exemplo de como os algoritmos de aprendizado de máquina podem trazer mais tempo de atividade e maior eficiência para os equipamentos.

Big Data

Como já falamos, o Big Data é um dos pilares da manufatura 4.0. Ele possibilita a coleta, o armazenamento, o tratamento e a análise de dados da indústria, fornecendo análises e relatórios para a tomada de decisões.

Internet das Coisas (IoT)

Outro pilar da manufatura 4.0 é a Internet das Coisas (IoT). Componente-chave das fábricas inteligentes, é o que possibilita a conexão entre máquinas e outros dispositivos habilitados para a web. 

Realidade aumentada

A realidade aumentada permite a sobreposição de elementos virtuais à nossa visão da realidade. Na manufatura 4.0, ela simula cenários para identificar inconsistências na cadeia produtiva.

Ela pode servir também para treinamentos de profissionais, medição de objetos e melhoria da visibilidade da informação.

Quais são as vantagens da manufatura 4.0?

Agora que você entendeu o que é manufatura 4.0, já consegue imaginar as vantagens que ela traz para a indústria, certo? 

Apontamos alguns benefícios a seguir!

Descentralização

A manufatura digital indústria 4.0 é baseada na descentralização do controle dos processos produtivos. 

Isso porque as máquinas interconectadas recebem um comando, mas também fornecem informações sobre seu ciclo de trabalho e sobre decisões a serem tomadas. 

A partir de então, os sistemas ciber-físicos tomam decisões em tempo real conforme as necessidades da produção. 

Na prática, é como se estivéssemos dando mais autonomia às máquinas, tornando-as menos dependentes da ação humana.

Dessa forma, elas proporcionam uma forma de trabalho descentralizada nas fábricas inteligentes , aprimorando os processos de produção.

Automatização e integração de sistemas

A manufatura 4.0 é baseada em automação industrial e integração de sistemas tecnológicos, como internet das coisas e inteligência artificial. Isso, por si só, já é uma grande vantagem, certo?

Afinal, a finalidade da automatização é melhorar os processos e aumentar a produtividade. 

Possibilidade de prever demandas e solucionar falhas

Será que é possível encontrar inconsistências do processo produtivo que poderiam prejudicar a produtividade? Há alguma possibilidade de melhoria na disposição da linha de produção ou na distribuição de insumos?

Essas são perguntas respondidas pela aplicação das tecnologias da manufatura 4.0. Com elas, é possível prever demandas e solucionar falhas, promovendo ajustes contínuos em prol da produtividade.

Um bom exemplo é detectar queda de produtividade em máquinas que demandam manutenções. Ou, ainda, encontrar a melhor estrutura para a linha de produção para reduzir o tempo entre um processo e outro. 

Diminuição do retrabalho

Quando falamos do funcionamento da manufatura digital na indústria 4.0, apontamos para a importância de um planejamento eficiente da produção, não é mesmo? 

Além do planejamento, fazemos também a simulação e a validação antes de iniciar a manufatura do produto. Esses testes trazem muitos benefícios, pois proporcionam a descoberta antecipada de problemas.

Como consequência, reduz os custos de retrabalho, que envolvem redesign ou replanejamento, por exemplo. 

Já ouviu falar nas falhas de design na criação de layouts de fábrica? Elas podem ser corrigidas, evitando o retrabalho, com o uso de ambiente digital 3D, por exemplo.

Ganho de produtividade

O uso de sistemas inteligentes e interconectados na indústria possui como principal objetivo as entregas eficientes. Para tanto, eles trocam, coletam e analisam dados para embasar a tomada de decisão dos gestores industriais. 

Isso significa ter informações valiosas para identificar padrões e insights, otimizar processos internos, corrigir falhas e agregar mais valor na cadeia produtiva.

Em outras palavras, a implementação da manufatura 4.0 é a chave para um enorme ganho de produtividade, pois proporciona a otimização das operações de forma rápida e eficiente.

Redução de custos

A consequência natural de todos os benefícios da manufatura avançada é a redução de custos. Essa vantagem é bem evidente na automatização e integração dos processos, bem como na diminuição do retrabalho.

Além disso, se a indústria otimiza processos e se torna mais produtiva, ela opera com mais eficiência. Em contrapartida, precisa de menos recursos para chegar ao mesmo resultado. Ou seja, reduz custos.

Quer um exemplo real? Uma mina de ouro africana utilizou dados dos sensores em seu equipamento e identificou um problema com os níveis de oxigênio durante a lixiviação. Ao corrigi-los, aumentou seu rendimento em 3,7%, o que trouxe uma economia anual de US $20 milhões.

Como implementar inovações na sua indústria?

Os benefícios da manufatura avançada chamaram a sua atenção, certo? De fato, o ganho de produtividade e a redução de custos são metas em muitos negócios. Mas, para atingi-las, é preciso implementar inovações na indústria com muito critério.

Apontamos 4 passos simples:

Identifique quais processos podem ser otimizados

Cada fábrica possui uma particularidade conforme o produto que produz, o local em que atua, a rotina do mercado e o relacionamento com fornecedores. Antes de implementar inovações, é fundamental entender cada um destes aspectos.

Para isso, você deve fazer a análise de informações e entender todos os seus processos internos. O que precisa de melhoria? O que deve ser mudado por completo? 

O Lean Manufacturing pode ser de grande ajuda nesta etapa, pois foca em eliminar erros e desperdícios. Além disso, use métricas relacionadas aos seus equipamentos e processos para entrar na manufatura avançada.

Faça um diagnóstico sobre a sua maturidade digital

A manufatura 4.0 no Brasil ainda está engatinhando. Como apontamos, somente 2% das indústrias brasileiras operam com a manufatura avançada. 

Por isso, antes de implementar inovações da indústria 4.0, você deve se perguntar sobre o grau de maturidade da sua indústria. 

Com o diagnóstico da atual situação, você poderá estabelecer prioridades, definir os setores por onde começar e implantar tecnologias em que há mais chances de sucesso. Assim, evita perdas ou desperdícios.

Fique atento a este ponto. Não tente implementar tecnologias da manufatura indústria 4.0 se você sequer passou com êxito pela indústria 3.0, ok?

Implante a conectividade de forma gradativa

A conectividade entre os sistemas é a base da manufatura avançada. No entanto, não é indicado começar essa implementação em toda a indústria ao mesmo tempo.

Comece o processo conectando ambientes, objetos físicos e máquinas em determinada etapa. Amplie a conectividade aos poucos.

Invista em tecnologias mais avançadas

Por fim, você já está com os processos conectados e organizados. É o momento de adquirir tecnologias mais avançadas para sua indústria para conseguir usufruir de todos os benefícios que a manufatura 4.0 proporciona.

Big Data, Inteligência Artificial e realidade aumentada entram aqui.

Quais são os desafios para a implementação da manufatura 4.0?

Os desafios para a implementação da manufatura 4.0 são:

  • Desafios técnicos: dizem respeito à conectividade, como é o caso da conexão 5G.
  • Custo elevado: as tecnologias permanecem com o status de “alto custo” enquanto não atingirem o nível de “investimento de alto retorno”.
  • Incentivo governamental: a implementação da manufatura avançada depende de políticas estratégicas inteligentes, fomentos e incentivos por parte do governo.
  • Falta de mão de obra qualificada: ainda faltam profissionais para lidar com automação, digitalização, inteligência artificial, realidade virtual, Internet das Coisas e todas as transformações trazidas pela manufatura 4.0. 

Para vencer esses desafios, é preciso atuar diretamente em suas causas. 

Como mostrar ao empresário o ganho concreto ao adotar as tecnologias da manufatura avançada? Divulgando cases de sucesso e promovendo eventos do setor.

E quanto à falta de mão de obra qualificada? As indústrias devem investir em treinamento e capacitação para seus profissionais, bem como em atração e retenção de talentos da área tecnológica.

Fato é que a adoção planejada de tecnologias de manufatura digital é capaz de alavancar um negócio. Sua indústria pode encontrar e resolver problemas com mais rapidez e eficiência. De igual maneira, agrega valor em toda a cadeia produtiva, alcançando maior vantagem competitiva.

Essa é a proposta das tecnologias TOTVS para indústrias.

Tecnologias TOTVS para indústrias

Pequenas, médias e grandes indústrias que buscam implementar tecnologias inteligentes podem contar com a parceria da TOTVS em seus negócios.

Os nossos sistemas e ERPs cobrem desde a automação básica à indústria 4.0, atendendo a todos os tipos de manufatura de ponta a ponta.

Nosso foco é conectar, modernizar e transformar as atividades mais essenciais da sua manufatura. 

Para tanto, nossas soluções abrangem pesquisa e desenvolvimento, planejamento da produção, estoque, manutenção, suprimentos, vendas e logística.

Entre na era da indústria 4.0 com a TOTVS!

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Conclusão

A manufatura 4.0 é o estágio atual da indústria de transformação. Por meio de máquinas integradas a sensores e atuadores interconectados, estamos na era das fábricas inteligentes.

Baseada em Internet das Coisas e Big Data, a manufatura avançada se utiliza de diversas tecnologias para proporcionar vantagens ao ambiente industrial. Dentre elas, se destacam a possibilidade de prever demandas, o ganho de produtividade e a redução de custos.

No entanto, vivemos no Brasil alguns desafios para implementar essas inovações. Não à toa, é baixa a porcentagem de indústrias que já aderiram à nova era. Ainda assim, vislumbramos um aumento considerável no uso de tecnologias avançadas.

Quem sabe não damos mais um passo rumo à indústria 4.0 e, futuramente, à indústria 5.0?Conheça um pouco mais da indústria 5.0!

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