Ao longo dos tempos, o progresso humano esteve intimamente ligado à capacidade de desenvolver soluções inovadoras para produzir os itens que consumimos e utilizamos. Na idade da pedra e do metal, nossos ancestrais produziam bens manualmente e com a ajuda de animais domesticados, mas, no século18, as coisas mudaram radicalmente para melhor.
A descoberta da mecânica dos fluidos e suas aplicações inovadoras mudariam para sempre os esforços industriais. Assim, você chegou à primeira era industrial. Desde então, inovações mais recentes foram desenvolvidas, levando-nos ao Setor 4.0 e à fábrica inteligente. Aqui, você terá uma visão geral que destaca os marcos de cada era industrial.
Indústria 1.0
O desenvolvimento do motor a vapor nos séculosXVI eXVII abriu caminho para a introdução de instalações de produção mecânica e para a primeira era industrial. No século18, foram produzidos motores a vapor comerciais que forneciam especificamente aos usuários um suprimento contínuo de energia, o que efetivamente relegou o trabalho manual a segundo plano. Com a invenção dos motores a vapor que forneciam energia contínua, teve início a Indústria 1.0 e o homem pôde produzir itens em grandes volumes para vender a mais clientes. Os marcos notáveis da1ª Era Industrial incluem:
- O primeiro dispositivo comercial movido a vapor foi a bomba de água de Thomas Savery.
- Motor a vapor de acionamento contínuo de Thomas Newcomen que introduziu a transmissão de energia contínua.
- Edmund Cartwright desenvolveu o tear movido a vapor, que deu suporte à produção industrial ou em massa.
Setor 2.0
Assim como a invenção dos motores a vapor deu início à primeira era industrial, a invenção de uma fonte de energia mais estável e contínua levou àsegunda era industrial, conhecida como Indústria 2.0. Nesse caso, a descoberta da eletricidade levou a esforços industriais inovadores que ainda são utilizados até hoje.
O setor 2.0 começou no início do séculoXX com o desenvolvimento de máquinas movidas a eletricidade. Antes disso, o trabalho de inventores como Nikola Tesla, Thomas Edison e Michael Faraday levou ao aproveitamento da eletricidade para alimentar máquinas. À medida que a máquina movida a eletricidade ganhava destaque, os princípios da manufatura enxuta foram desenvolvidos por Frederick Taylor e colocados em prática por Henry Ford. A introdução e a padronização da linha de montagem também foram um marco importante do setor 2.0, inclusive:
- A invenção do motor elétrico por Michael Faraday em 1821.
- A padronização das linhas de montagem ou da linha de produção por Henry Ford.
- A aplicação de práticas de manufatura enxuta nas instalações da Toyota para otimizar os processos de produção.
Indústria 3.0
A próxima revolução industrial, que resultou na Indústria 3.0, foi provocada e estimulada pelos avanços no setor de eletrônicos e pela introdução da automação industrial no chão de fábrica. As últimas décadas do séculoXX testemunharam o desenvolvimento da primeira máquina de moldagem por injeção automatizada, que abriu o mundo para as possibilidades da automação industrial.
A necessidade de máquinas automatizadas levou a avanços no setor de componentes e dispositivos eletrônicos porque era necessário hardware especializado para construir essas máquinas. Assim, tecnologias como o controlador de logotipo programável, placas de circuito impresso etc. foram desenvolvidas para construir equipamentos mais eficientes e reduzir o envolvimento humano no processo de fabricação.
Os avanços feitos no desenvolvimento de hardware de máquinas eletrônicas e de produção e a necessidade de automação levaram a melhorias no desenvolvimento de aplicativos de software para monitorar e controlar as atividades industriais. Assim, a era da informação impulsionada pela Internet foi aproveitada durante o Industry 3.0 para criar softwares e plataformas personalizados para gerenciar o processo de produção. As plataformas criadas incluem aplicativos de gerenciamento de recursos empresariais, cadeia de suprimentos e modelagem de simulação. Os marcos notáveis da terceira era industrial incluem:
- A invenção do controlador lógico programável na década de 1960.
- A aplicação de redes de computadores interconectadas a atividades industriais na década de 1980
Indústria 4.0
A expansão da Internet e do setor de telecomunicações na década de 1990 revolucionou a maneira como nos conectamos e trocamos informações, dando início à era da informação. Com os avanços nas telecomunicações e o aumento da cobertura de rede, veio a próxima mudança de paradigma no setor de manufatura, atualmente chamada de Indústria 4.0.
Os princípios do setor 4.0 se baseiam em borrar as linhas entre os mundos físico e virtual, possibilitando uma fábrica “lights out” com menos operadores humanos e mais automação, além de melhorar a segurança nas instalações industriais. O setor 4.0 é definido pelos sistemas ciberfísicos (CPSs), que permitem a comunicação máquina a máquina, máquina a dispositivo e homem a máquina. Os CPSs permitem que as máquinas industriais se comuniquem de forma inteligente entre si e com o ambiente de produção sem as limitações impostas por barreiras físicas ou geográficas.
O setor 4.0 aproveita os dados industriais. Os sistemas ciberfísicos capturam e analisam dados para fornecer informações sobre processos industriais específicos, impulsionar a automação e permitir que os equipamentos da fábrica e os operadores realizem ações específicas. Em 2011, um grupo de pesquisa alemão liderado por Siegfried Dais, da Robert Bosch GmbH, cunhou a expressão Indústria 4.0 e apresentou uma estrutura de trabalho para sua atualização. A estrutura destacou a importância de um ambiente interconectado impulsionado por equipamentos inteligentes que compartilham dados e um processo descentralizado de tomada de decisões. Essa estrutura poderia, então, ser aplicada a casos de uso específicos, como manutenção preditiva, otimização do desempenho da fábrica com base em dados e monitoramento de máquinas com base em dados, controle de qualidade da produção e atividades de otimização.
Para garantir que a interconectividade alimentada por uma plataforma de computação centralizada e a descentralização pudessem ser alcançadas ao mesmo tempo, as soluções de computação em nuvem e de borda foram integradas ao Industry 4.0. As soluções de computação de borda, como a Internet das Coisas, os sensores, os dispositivos inteligentes e as interfaces homem-máquina, dão suporte à captura e à análise dos dados da fábrica na borda, permitindo assim um ambiente de computação descentralizado. A computação em nuvem forneceu os recursos de computação flexíveis e ágeis necessários para capturar grandes conjuntos de dados e monitorar implementações em larga escala do setor 4.0.
Atualmente, existem novas tecnologias que expandem a capacidade de desenvolver sistemas ciberfísicos. Entre elas está o Digital Twin, que utiliza os dados produzidos no chão de fábrica para recriar uma réplica virtual precisa dos processos industriais, onde ocorre a transferência de dados entre o Digital Twin e a fábrica física. O Digital Twin oferece um ambiente virtual para avaliar o processo de produção, obter insights sobre processos de fabricação complexos e tomar medidas decisivas em tempo real.
À medida que a curva de custo da tecnologia se torna mais íngreme, surgirão rápidas interrupções tecnológicas a custos ainda mais baixos e revolucionarão o ecossistema industrial. Um exemplo é a rede 5G, que foi desenvolvida especificamente para dar suporte à interconectividade e a grandes transferências de dados em instalações industriais.
O setor 4.0 ainda está em seu estágio inicial e muito trabalho está sendo feito nos bastidores para garantir que a conectividade entre a tecnologia operacional e a tecnologia da informação atinja os níveis ideais de desempenho. Atualmente, 91% das empresas industriais estão investindo em tecnologias de transformação digital para garantir que permaneçam competitivas na era do setor 4.0, que deve durar algumas décadas.