APLICAÇÃO DA INTERNET DAS COISAS NA INDÚSTRIA – 3

A evolução das redes industriais para a Internet das Coisas (IIoT) aplicada a gestão dos processos na indústria 4.0.

Parte 3.

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PARTE  1       –     PARTE  2      –    PARTE 3

Temas semelhantes: Computação na Nuvem; a Tecnologia nos Esportes; Tecnologias Emergentes em 2016; A Inteligencias artificial é Perigosa?  Encontro Técnico Estudantil ISA-ES – Tema: Robótica 2013.

Na segunda parte falamos sobre: Dispositivos inteligentes, tecnologias RFID e sistemas ON-A-CHIP,  sobre a nova geração da manutenção, Gestão de Ativos e automação de sistemas elétricos.  Na próxima semana será publicada a terceira e última parte deste artigo sobre o uso da Internet das Coisas na Industria 4.0.

Nesta terceira parte falaremos sobre:  Limitações e dificuldades na implantação da Internet das Coisas na industria, a nova geração de robôs colaborativos, segurança da informação, capacitação profissional, normas para a IIoT e referências bibliográficas.

LIMITAÇÕES E DIFICULDADES

iiot-parte-3-88kAlessandro Bassi afirmou em 2013 que os sistemas tecnológicos atuais ainda estão limitados a uma utilização interna sem muita interconexão, devido à sua integração vertical, utilizando arquiteturas fragmentadas sem conceitos consistentes e universais onde soluções permitem apenas algumas aplicações específicas, mas sem permitir uma interligação normalizada universal.

Creio que podemos considerar que até hoje o cenário ainda permanece mais ou menos na mesma condição. Bassi destacou 4 campos onde a inovação deve atuar: Tecnologia (principalmente em dispositivos inteligentes); modelo de negócios (marketing digital), atualização tecnológica (novos modelos de upgrade) e governança (renovação do trabalho e serviços).

Stefan Ferber, do blog Bosch indica ainda 10 desafios para a comunidade da internet das coisas: A conectividade robusta; Segurança útil; Big Data; Código Big; Modelos das Informações; Governança; Responsabilização; Open X; Modelos de Negócios; Ecossistemas de negócios.

Ou também podemos dizer da seguinte forma:

USO GERAL (IoT):

  • Migração de aplicativos para um sistema unificado.
  • Construção de correlações entre variáveis e indicadores.
  • Risco de invasão por vírus e malware.
  • Risco de violação de privacidade.
  • Adaptação à cultura em rede.
  • Desumanização das relações sociais informatizadas.
  • Desenvolver a automação predial e residencial.
  • Interconectar dispositivos de forma simples e amigável.

NA INDÚSTRIA (IIoT):

Além dos itens citados anteriormente, os seguintes:

  • Instalar sensoriamento em grandes máquinas visando antecipar falhas e monitorar o desempenho operacional.
  • Instalar instrumentação inteligente e desenvolver a tecnologia de comunicação em rede para parametrização e diagnóstico remoto via rede.
  • Implantar política e sistema de segurança da informação capaz de garantir uma operação segura.
  • Consolidação de uma cultura administrativa digital nas empresas com integração de dados, o uso de indicadores monitorados pelos sistemas ERP, MES, CRM, gestão de ativos e outros aplicativos de análise, métrica e otimização de resultados.
  • Capacitação técnica dos profissionais de tecnologia da automação e informação.
  • Revisão de procedimentos operacionais e de manutenção com análises de falhas e migração de troubleshooting para dentro do sistema em rede.
  • Implantação de cultura de manutenção centrada na confiabilidade e intervenções preditivas.

De acordo com levantamento publicado pela Acenture em 2015, em momento de incertezas econômicas, a “Internet das Coisas Industrial (IIoT)” tem potencial de contribuir com US$ 14,2 trilhões para a produção mundial até 2030, de acordo com pesquisa da Accenture (NYSE: ACN). Esses ganhos potenciais estão em risco, já que nem empresas, nem governos, tomam ações para ampliar a adoção de novas tecnologias digitais.

Segundo outra pesquisa da LNS Research que mostra como a arquitetura de sistemas de automação está sendo transformada em 167 empresas nos Estados Unidos:

  • 34% das empresas estão na arquitetura de controle tradicional;
  • 28% estão com sistemas tradicionais com alguma interconexão para análise na nuvem;
  • 17% estão em migração com os dois sistemas ao mesmo tempo e
  • Apenas 10% das empresas possuem sistema totalmente projetados segundo os conceitos da IIoT e Indústria 4.0.

As previsões até 2013 em 3 países de importantes economias mundiais indicam que: Nos Estados Unidos espera-se que os investimentos de capital na IIoT e os ganhos de produtividade adicionem US$ 6,1 trilhões à economia. A Alemanha pode aumentar seu PIB acumulado em US$ 700 bilhões, com medidas adicionais semelhantes. A China prevê que com a definição de fortes medidas de IIoT, poderia elevar o PIB acumulado até US$ 1,8 trilhões. Com condições insuficientes de suporte para uma rápida adoção da Internet das Coisas Industrial, estão a Espanha, Itália, Rússia, Índia e Brasil, como os países com as piores condições.

A falta de compromisso com a “Internet das Coisas Industrial” ocorre em grande parte, à dificuldade de aplicá-la para obter novos fluxos de receita, de acordo com o levantamento.

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A Accenture identificou três áreas que as empresas precisam ser trabalhadas  para ampliar a adoção da Internet das Coisas Industrial:

  1. Recriar modelos. As empresas terão de redesenhar suas organizações, parcerias e operações.
  2. Capitalizar sobre o valor dos dados. Isso inclui o estabelecimento de padrões de interoperabilidade e de segurança para garantir que os dados sejam compartilhados com confiança entre as empresas.
  3. Preparar-se para o futuro do trabalho. Com mais acesso aos dados, serão necessários ambientes de trabalho descentralizados para apoiar a tomada de decisões dos colaboradores na na linha de frente.

Em 2016 a Acenturi encaminhou outro artigo na qual afirma que com base em fases anteriores à revolução tecnológica e entrevistas com especialistas em tecnologia, economia e negócios, a empresa identificou quatro pilares que sustentam a capacidade de absorção nacional:

  1. Ambiente comercial: Bancos e finanças confiáveis, educação, boa governança e uma rede integrada de fornecedores.
  2. Fatores de desenvolvimento: Níveis de pesquisa e desenvolvimento, presença de empresas de alta tecnologia e grau da capacitação tecnológica.
  3. Fatores de transferência: O nível social e de aceitação do usuário final, a propensão à adoção de mudanças organizacionais e a capacidade de reagir a impactos sobre o capital humano.
  4. Dinamismo de inovação: Quando a onipresença das tecnologias da IIoT atua como um efeito multiplicador nos níveis de empreendedorismo e na capacidade de comercializar novas ideias.

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ROBÓTICA

Na indústria 4.0 as máquinas começam a desenvolver a capacidade de a ”aprender” rotinas sem que haja uma programação específica dessas tarefas, mas sim um algoritmo de aprendizagem. Num artigo publicado em 2015 da Revista Amanhã traz a seguinte reflexão:   “A indústria nacional ainda se encontra em grande parte na transição do que seria a Indústria 2.0. Para termos uma ideia da defasagem brasileira, precisaríamos instalar cerca de 165 mil robôs industriais para nos aproximarmos da densidade robótica atual da Alemanha. No ritmo de hoje, cerca de 1,5 mil robôs instalados por ano no país, levaremos mais de 100 anos para chegar lá”.

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A figura acima mostra um exemplo da nova geração de robôs, chamada de robôs colaborativos, mais leves, seguros e flexíveis, que tem capacidade de aprender certos tipos rotinas de forma autônoma. Fonte: Robotq.

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Em artigo publicado na revista “Plant Engineering” em junho de 2016, a revista informa que de acordo com o “Robotics Industries Association”, as vendas de robôs estabeleceram novos recordes, com crescimento de 14% em 2015.

O vídeo abaixo, da Fanuc, mostra um robô colaborativo com reconhecimento visual trabalhando com segurança, lado a lado com o ser humano.

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Os modernos robôs de hoje são leves, seguros, altamente flexível e fácil de implementar. Steve Somes, presidente da “Força Robots”, afirma que a tecnologia mais sofisticada criou robôs mais inteligentes e precisos que podem de forma colaborativa aprender e sentir o que está acontecendo ao seu redor, segundo ele “Robôs de colaboração estão indo muito bem, e você verá um papel maior na detecção e controle de torque“.

O vídeo abaixo, da Universal Robots, mostra o uso de robôs colaborativos no polimento de caixas acústicas para música, que segundo a empresa representou um aumento de 50% da produtividade.


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Em 2018, haverá 1,3 milhões de robôs industriais que operam em fábricas ao redor do mundo, de acordo com a Federação Internacional de Robótica.

No vídeo abaixo, da Yaskawa Motoman, o apresentador Erik Nieves fala sobre a questão de segurança dos robôs colaborativos.

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No vídeo abaixo da Universal Robot, é mostrada o aspecto  de segurança e flexibilidade dos robôs colaborativos, para a execução de tarefas que exigem leveza e precisão.


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SEGURANÇA DA INFORMAÇÃO

Com o uso intensivo de redes e da internet a probabilidade de invasão e de danos causados por algum tipo de vírus, worm ou “trojan também aumenta. Considerando a criticidade dos sistemas de redes na operação de uma planta industrial, com setores que além de não poder ser interrompido envolve risco de acidentes, grande prejuízo, riscos ao meio ambiente, danos aos equipamentos, roubo de informações e outros danos às empresas.

O vídeo abaixo o apresentador Felipe Pereira fala sobre segurança em redes.

É necessária, portanto, uma série de medidas para bloquear, monitorar e proteger todo o sistema. A primeira ocorrência de invasão com worm na indústria ocorreu em 2010 com o “Stuxnet” e com isso alertou a comunidade da informação e automação para a vulnerabilidade dos sistemas.

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A figura acima mostra possíveis caminhos para invasão e infecção por virus em redes industriais. Fonte: Tofino, using the ANSI/ISA-99.

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Para citar um exemplo, um dos conceitos básicos de segurança é além de proteger todo o sistema com senhas de acesso limitado é usar múltiplas camadas de proteção, dividindo as redes por zonas de funcionalidade isoladas, com a interligação protegida por firewall, um outro exemplo é a criação de VPNs, que são redes privadas com tecnologia de encriptação.

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O vídeo abaixo, um webinar da ISA Secure, fala sobre a garantia de  segurança em sistemas de controle industrial.

A ISA (International Society of Automation), vem estudando o assunto e publicou a série de normas ISA-IEC-62443, com uma série de orientações para segurança da informação em sistemas de automação, divididas em 4 grupos: geral (conceitos, modelos e terminologia), políticas e procedimentos (criação e manutenção de um programa eficaz de segurança), sistemas (orientações, concepção do sistema e requisitos para a integração segura dos sistemas de controle) e componentes (desenvolvimento de produtos específicos e requisitos técnicos de produtos para sistemas de controle).

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A figura acima mostra a série de normas ISA-IEC-62443 e suas aplicações.

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Outras organizações também publicaram normas sobre o assunto como: IEC, NERC, NIST, IASME.

Em artigo recente no jornal O Globo, Roberta Scrivano informa que as empresas Embraer, Ambev, Volks e Jeep já estão adotando os padrões da indústria 4.0.

O técnico especialista na industria 4.0 terá um perfil diferente do que ele tem hoje. Atualmente, o profissional realizador de tarefas possui uma função mais simplificada e cuida de funções específicas e contínuas, no futuro sua atuação tende a ser mais ampla e interdisciplinar, juntando as áreas de produção, manutenção, automação e informação. Num outro artigo recente sobre o assunto, Márcio Venturelli propõe uma grade curricular para formação de profissionais para trabalhar como TI+TA+TO na indústria 4.0. Segundo sua proposta os blocos temáticos poderiam ser divididos da seguinte forma: Conceituação técnica da aplicação, infraestrutura de redes e mídias, ciber segurança, Internet industrial, tecnologias, protocolos e gestão de ativos e sistemas de dados Big Data. O autor sugere ainda uma estrutura para aplicações práticas, divididas entre análise, projeto, funcionamento e pesquisa.

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Patrick Moohead da Moor Insights and Strategy, sugere para conseguir algumas vitórias rápidas, a criação de uma equipa de projeto multifuncional com dois líderes empresariais de Tecnologia da Informação (TI) e tecnologia operacional (TO) no acompanhamento desses primeiros pequenos projetos.

Como garantir a segurança na nuvem? Como trabalhar de forma colaborativa, levar as informações da empresa para nuvem de forma rápida, preservando backups de dados e em grande volume, sem comprometer os dados sigilosos e estratégicos? Além das questões técnicas citadas a área de segura da informação também inclui a governança de privacidade, acessos e de informações sigilosas da empresa o que deve gerar antes de tudo uma revisão na política de segurança das empresas para que se faça a migração para a indústria 4.0.

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CAPACITAÇÃO (TI+TA+TO)

Na busca de adequar o perfil do profissional para atuar na IIoT da indústria 4.0, as especialidades de tecnologias da informação (TI), automação (TA) e operação (TO) passarão por um processo de fusão.

Em artigo publicado em 2015 no site da C3, comenta-se sobre essas mudanças, segundo a empresa:

Para o trabalhador, as vagas de trabalho serão reduzidas e exigirão uma carga maior de conhecimento e especialização. Faculdades terão formações específicas para cada tipo de função. O operador terá de melhorar também a forma com que se relaciona com as pessoas, a maneira de falar ou se portar. Ele não trabalhará apenas em seu posto, também estará em constante contato com outros setores e cargos, que hoje, são responsabilidades de cargos de liderança ou gerência. Os salários serão maiores, bem como a carga efetiva de trabalho”.

São tentativas de previsão de um futuro que deve pode ocorrer e provavelmente se diferenciar com o contexto de cada país, de acordo com sua política econômica e de trabalho.

De acordo com o levantamento da Acenture, “A Internet das Coisas Industrial transformará todos os trabalhadores em profissionais do conhecimento, o que permitirá aos operadores de máquinas e outros profissionais utilizarem dados para atingir mais resultados do que conseguem atualmente”, explica Daugherty. “Não se trata apenas de produtividade, mas de conseguir oferecer mais aos trabalhadores, de novas formas. A Internet das Coisas Industrial não só aumentará o trabalho, mas criará ambientes mais colaborativos, bem como categorias de emprego totalmente novas”.

Em artigo recente, sobre a indústria 4.0, Márcio Venturelli sugere uma grade de currículo para o ensino. De forma resumida sua proposta compreende os seguintes itens:

  • Introdução a Indústria 4.0 – toda a conceituação, técnica, econômica e de aplicação;
  • Infraestrutura – são os conceitos das vias, das redes, das mídias, que permitirão unir todas as informações da indústria;
  • Cibersegurança – além de já ser um desafio pontuado pela tecnologia, a Cibersegurança permitirá unir as redes de informação de forma segura;
  • IIoT Internet Industrial das Coisas – Todo o conjunto de informações que tem como objetivo digitalizar a indústria, usando todos os ativos de planta, permitindo a Virtualização da Produção em todos os seus aspectos;
  • Big Data – o sistema de dados que unirá todas as informações, de alto volume, variedade e velocidade, onde através de modelos de mineração e/ou aprendizado de máquina, poderemos tomar decisões em todos os níveis, verticais e horizontais na indústria, reduzindo toda a latência, erros, desperdícios, riscos no processo produtivo.

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NORMAS USADAS NA IIoT

A seguir algumas normas utilizadas na padronização dos sistemas na indústria 4.0:

  • PAS 55: Projeto, implantação e gestão de ativos.
  • ISA 95: Integração de sistemas de controle corporativos.
  • MESA – B2MML: Business To Manufacturing Markup Language. Conhecido como IEC / ISO 62264, para integrar sistemas corporativos. A norma B2MML consiste em um conjunto de esquemas XML escritos usando a linguagem World Wide Web, XML Schema do consórcio (XSD) que implementam os modelos de dados no padrão ISA-95.
  • ISA 101: Interface Homem Máquina – IHM.
  • ISA 104: Ferramentas para padronizar a entrega de dados de instrumentos inteligentes.
  • ISA 108: Intelligent Device Management – IDM, padrão de melhores práticas para diagnóstico, configuração, calibração, informações e acesso a variáveis internas de instrumentos smart.
  • ISA / IEC-62443: Orientações, relatórios técnicos, e informações relacionadas que definem procedimentos para a implementação eletronicamente garantir Automação Industrial e Sistemas de Controle (IACS).
  • IEEE 802: Redes sem fio.
  • IEEE 1451: Padrões de interface abertas comuns, independentes da rede de comunicação para conectar transdutores.
  • IEC 62832: Conceito de modelo de fábrica digital e indústria 4.0.
  • IEC 61850: Padrão de comunicação para subestações elétricas sistemas de automação utilizando a Unidade Terminal Remota (UTR).
  • ISO-IEC 13849: Padrão de segurança que trata dos princípios relacionados com a segurança de projetos em sistemas de controle, prevê requisitos para a concepção e integração de peças relacionadas com a segurança.
  • ISO 10218: Requisitos de segurança para robôs industriais, um padrão internacional para segurança e integração de robôs.
  • ISO-IEC 27001: sistema de gestão de segurança da informação (ISMS)
  • IPv6 : Versão atual de protocolo de comunicação para internet.
  • NEs 53, 91 e 107: Manipulação de dispositivos de campo e dispositivos com eletrônica digital; Integração do Gerenciamento de Ativos; Padronização de alarmes de diagnóstico de dispositivos inteligentes.

Artigos

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