A nova revolução industrial: A Industria 4.0

1.      Contexto da gênese da Industria 4.0

            Em 2008, a economia mundial experimentou uma crise econômica da qual pode se extrair algumas lições importantes, principalmente pelos países desenvolvidos economicamente como EUA, Alemanha, Inglaterra, Japão, Coréia do Sul. Uma análise sucinta de uma dessas lições, foi o exemplo da Alemanha na Europa, que rapidamente emergiu da crise, diferentemente dos demais países do continente. Um dos fatores importantes que se constatou sobre este fato, foi que a economia da Alemanha tem uma forte base na industrialização interna do pais, com manufatura de produtos de alto valor agregado tecnologicamente, em particular na indústria automobilística. Esta constatação levou o governo alemão a colocar em prática algumas ações estratégicas para fortalecer e expandir seu parque industrial, que se definiram como sendo Projetos Estratégicos de Alta Tecnologia (ex: Sustentabilidade, Mobilidade, Serviços baseados em Internet para a economia, reaproveitamento inteligente de insumos para fornecimento de energia). Entre estas ações se destaca o que se convencionou chamar de uma nova revolução industrial, denominada de Industria 4.0, que busca na utilização da tecnologia da informação uma estratégia e tática que a torna competitiva frente as desvantagens do custo de mão de obra mais barato dos países emergentes e de uma competitividade cada vez mais complexa e caótica, com muitos competidores e mudanças imprevisíveis de comportamento do mercado.

            A União Europeia no outono de 2012, estabeleceu o projeto ´´Europa 2020``, que visa aumentar a participação da produção industrial interna no consumo total da Europa, de 16% para 20% até o ano de 2020. Nos EUA, o presidente Barack Obama lançou um programa denominado de ´´Renascimento da Manufatura `` (Manufacturing Renaissance), para assegurar trabalhos nos EUA com programas auxiliares como Parcerias Avançadas de Manufatura, AMP (Advanced Manufacturing Partnership) e a Rede Nacional para Inovação da Manufatura, NNMI (National Network for Manufacturing Innovation).  Mais informações podem ser consultadas no site http://www.japanmarkt.de/2014/05/12/wirtschaft/industrie-4-0-deutschland-als-vorbild-fuer-japan/).

            Um fator importante a ser considerado para o entendimento da necessidade da Industria 4.0, é a crescente complexidade da competitividade da manufatura num mercado globalizado. Essa complexidade se origina de vários fatores, entre os principais podemos citar: inovações tecnológicas constantes e desordenadoras de produtos e processos, que fazem com que o ciclo de vida dos produtos se tornem cada vez mais curto; as mudanças constantes de demandas de quantidade e diversidade de produtos para atender os clientes; margens de rentabilidade diminutas que exigem altos volumes de produções com grande diversidade de modelos, em quantidades individuais pequenas, o que tornam a operação financeira de alto risco. Nesse contexto de complexidade crescente do ambiente da manufatura, podemos defini-la em quatro tipos básicos:

Complexidade Estrutural, devido a globalização da economia com o crescimento exponencial de competidores, fornecedores, parceiros comerciais e clientes.

Complexidade de Dados, devido ao aumento da coleta de dados das operações produtivas em função do crescimento da variabilidade dos planos de produção e de sua respectiva logística.

Complexidade do Produto, devido as crescentes customizações individualizadas por clientes, com demandas de quantidades variadas, para entregas em curtos prazos de tempo, e cada vez mais, o tempo do ciclo de vida de um produto se torna menor.

Complexidade da Virtualização, devido a integração das diversas tecnologias que irão permitir a virtualização digital da produção.

Em resumo, podemos considerar como um fator preponderante no aumento desta complexidade, o fato da crescente evolução das tecnologias de informação, que vem transformando o mundo, ao aproximar e ampliar as interações dos indivíduos e suas organizações em todas regiões do planeta, onde para isso se destaca o uso da internet.

 Ainda segundo Melanie Mitchell (1), muitos cientistas que estudam os sistemas complexos usam o conceito de informação para caracterizar e medir a ordem e a desordem, complexidade e simplicidade. Outrossim, o prêmio Nobel em física Murray Gell -Mann, disse sobre os sistemas complexos adaptativos: "Embora eles diferem muito em seus atributos físicos, eles se assemelham na forma como eles lidam com informações. Essa característica comum é talvez o melhor ponto de partida para explorar como eles funcionam".

Em relação aos sistemas com a participação interativa de seres humanos, denominadas de organizações, e em particular as organizações produtivas, a aproximação das interações com os fornecedores e clientes, tem expandido esta complexidade, dada a diversidade de ofertas e demandas geradas pelos mesmos, respectivamente. Parte desta complexidade tem sido tratada com modelos de gestão enxuta, que procura simplifica-la pelo uso de instrumentos e ferramentas de medição e análise respectivamente. Entretanto, o crescimento desta complexidade tende a crescer cada vez mais, e tais práticas começam a se mostrar limitadas. A proposta da Indústria 4.0 vai de encontro dos conceitos de entendimento dos Sistemas Complexos Adaptativos, SCA (ver Instituto Santa Fé nos EUA - http://www.santafe.edu/), que procura fortalecer a identidade da organização, descentralizando o controle e as tomadas de decisões, e com isso proporcionando uma maior capacidade de flexibilidade e adaptação.

Nesta abordagem conceitual das SCA, se busca compreender fenômenos e sistemas na natureza que apresentam um comportamento inderteminístico e caótico. Em geral, a descrição do comportamento desses sistemas se faz pelo padrão das interações de seus agentes entre si e com o seu meio ambiente, interno e externo. Podemos citar como exemplo um sistema como o de um formigueiro, cujos agentes são insetos e que tem pouca diversidade de ação interativa com o ambiente. Entretanto, de forma coletiva apresentam uma estrutura social bastante sofisticada com capacidades de operações complexas, e com um controle descentralizado que lhes permite se adaptar a mudanças que ocorrem em seu ambiente de forma autônoma e descentralizada.

Ainda sobre os estudos das SCA, segundo Gell Murray, existe um padrão das interações dos agentes com os seus respectivos meios ambiente, onde este padrão de interações definem a identidade da organização e o seu comportamento, e é dessa identidade que emerge as adaptações de forma descentralizada. Ainda segundo Gell Murray, os agentes extraem conhecimentos através das interações e avaliações dos resultados obtidos, e no caso de haver a necessidade de adaptação, há uma escolha de um entre diversos possíveis schematas, e com cujo resultado obtido em relação ao desempenho desejado, é que irá definir por este ou pela tentativa de outro schemata. Além disso, o processo de automatização das atividades de manufatura tem tornado os sistemas de produção ainda mais caóticos, por aumentarem sua dependência das condições iniciais da operação produtiva. Lembrando que num processo complexo e dinâmico, onde são muitas as variáveis sensíveis a determinação do seu comportamento, e que as relações entre as mesmas são diversas e dinâmicas, se torna impraticável em muitos casos, uma definição de causa e efeito para ser analisada.

A proposta fundamental da Industria 4.0 está na descentralização do controle e decisão das ações na organização produtiva, que possam atender as necessárias adaptações às mudanças do seu ambiente e a crescente complexidade desse comportamento interativo. Atualmente, existem sistemas de tecnologias da informação que podem atender essa necessidade, principalmente os sistemas de automação e gerenciamento da produção. Outro fator importante a se salientar, é a utilização dos recursos da internet para a integração desses sistemas de informações, com a máxima transparência e descentralização em relação a forma como são utilizadas pelos agentes produtivos, humanos ou não, na interação entre si e com os seus ambientes. A base de dados que irá conter todas informações relativas às interações dos agentes produtivos da organização produtiva, deverá ser utilizada por ferramentas de extração e análise de dados para identificar padrões que auxiliem na otimização de desvelamento de novos conhecimentos e na compreensão do comportamento adaptativo da organização, ou seja, a identidade da organização. Tal metodologia poderá trazer benefícios como o de melhorar a eficiência na escolha dos schematas de adaptação da organização, e consequentemente na aceleração da sua capacidade competitiva evolutiva.

A base conceitual da Industria 4.0 não está apenas no avanço das tecnologias de manufatura e de comunicação, mas fundamentalmente no fenômeno observado em sistemas que apresentam comportamentos inderteminístico por necessitarem evoluir diante das mudanças de seu ambiente. Lembrando que o determinismo e a centralização do controle comportamental de tais sistemas, são necessidades antropológicas do ser humano, e não uma necessidade evolutiva da natureza de tais sistemas, em que o próprio ser humano se inclui. A forma eficiente de gerenciar o comportamento de um sistema complexo produtivo para sobreviver e crescer num ambiente econômico cada vez mais exigente, remete a necessidade de uma gestão descentralizada com ênfase na cooperação adaptativa de seus agentes em relação a preservação dos seus fundamentos existenciais: lucro e satisfação da interação com seu ambiente interno e externo.

2.      Histórico das Revoluções Industriais

Um breve histórico das revoluções industrial que tiveram e tem enorme influência no comportamento da civilização. A primeira revolução industrial aconteceu no século XIX, com a mecanização do trabalho através das máquinas de tear e das máquinas a vapor. Particularmente, as máquinas de vapor utilizadas em meios de transportes como navios e trens, promoveu uma grande mudança social e econômica, com a aproximação de negócios de venda de produtos e compra de matéria prima em várias regiões com grandes distancias entre si.

A segunda revolução surge com a produção em linhas de montagem, que se iniciou com Henry Ford na sua fábrica de automóveis Ford Motor Company. Algumas referências literárias dão conta de que o processo de linha de montagem idealizado por Henry Ford, surgiu da sua observação de um abatedouro de frangos, onde o processo de desmembramento de um frango é feito de forma serializada num sentido contrário ao de uma montagem. Importante também salientar a influência significativa que houve com o advento da aplicação da eletricidade na melhoria das comunicações e logísticas na sociedade, nessa época.

A terceira revolução acontece nas décadas de sessenta e setenta do século XX, com a introdução de sistemas computacionais no controle de máquinas e equipamentos e a consequente automação da produção que passou a ser cada vez mais mecanizada, com a substituição da mão de obra humana. Nessa revolução surgem equipamentos como o CLP (Controlador Lógico Programável), que se trata de um computador embarcado em máquinas e equipamentos, para o uso especifico do controle digital das operações produtivas, através do uso de sensores e atuadores para a realização da medição e ação operativa. Houve então a necessidade de integração da comunicação desses CLPs, através de uma rede de dados, e de um programa supervisório que centralizasse o gerenciamento dessa comunicação e estruturasse os dados coletados da produção, para análise e controle de todo o fluxo produtivo. Este programa supervisório é processado em um computador de uso geral, um PC (Personal Computer) e se utiliza de telas gráficas para facilitar sua interação com os usuários humanos.

A quarta revolução industrial, emerge da necessidade de recuperação da industrialização dos países desenvolvidos para recuperação de empregos e fortalecimento das economias. Buscando compensar a diferença competitiva de custo com os países em desenvolvimento, no que se refere a mão de obra e energia. A sua utilização se baseia nos recursos computacionais embarcados em máquinas e equipamentos, com comunicação de dados sem fio através da internet, e o uso de tecnologias de armazenamento de dados nas nuvens possibilita a aplicação de sistemas de tecnologia da informação que realizem o controle e otimização dos fluxos produtivos de forma descentralizada e em tempo real.

3.      Descrição dos fundamentos da Industria 4.0.

A proposta de uma nova revolução industrial, denominada de Industria 4.0, foi lançada na Alemanha durante a Feira de Hannover em 2011. Esta proposta prevê a digitalização, ou virtualização dos processos de manufatura de uma organização, através da comunicação digital entre as coisas, ´things´, que fazem parte do fluxo do processo produtivo, utilizando principalmente os recursos de comunicação e armazenamento de dados disponíveis na internet. Esta proposta de virtualização da produção, representa uma junção da denominada tecnologia de comunicação ´´máquina para máquina`` (M2M – Machine To Machine) com o que se convencionou chamar de IOT (Internet Of Things).

Essas coisas, também denominadas de CPS (Cyber Physical Sistems), se referem aos sensores e atuadores conectados aos computadores embarcados em máquinas e equipamentos que são utilizados em todas as fases dos roteiros de fabricação dos produtos, bem como os próprios produtos, na medida em que se possa fazê-los ter uma identidade digital individual única (ex: um endereço de IP) e com capacidade de comunicação digital em rede local e com a internet, seja através de meio físico com, ou sem fio.

Considerando o caso de uma organização de manufatura possa ter vários sites de produção distribuídos em localizações geográficas distintas, se torna imprescindível que a comunicação digital entre os CPS, se faça através de protocolos de comunicação em rede de computadores na internet, e que atenda todos os níveis dos sistemas de tecnologia da informação, TI, de uma organização de manufatura. Além da comunicação em si, na internet poderá se localizar o armazenamento de dados nas nuvens (´Cloud´), onde são armazenados o grande volume de dados dos processos produtivos (´Big Data´), acessado em tempo real, e que é utilizado para análises de otimização dos processos produtivos como um todo da organização. Por sua vez, essas análises de otimizações irão utilizar ferramentas de TI para mineração de dados (´Data Mining´).

Como a Industria 4.0 continua em processo de desenvolvimento, podemos utilizar como referência para sua definição, a tradução livre do que foi proposta pela Alemanha na ´´Plattform Industrie 4.0``

´´O termo ´´Industrie 4.0`` se refere a quarta revolução industrial, um fenômeno que marca um salto quântico na organização e gerenciamento de toda a cadeia de valor através do ciclo de vida do produto. Tais ciclos de vida são orientados para aumentarem as necessidades individuais especificas dos clientes. Eles se estendem desde a ideia original de pedido do produto, passando pelo desenvolvimento e manufatura até a entrega para o cliente final e, por último a sua reciclagem. Os ciclos de vida dos produtos também incluem todos os serviços associados aos mesmos. Disponibilidade de todas as informações pertinentes fornecidas pela rede em todas as partes da cadeia de valor, bem como a capacidade de derivar para o fluxo de valor ideal a qualquer momento, em tempo real, é a base da Industrie 4.0. Essa rede representa a integração de seres humanos, objetos e sistemas, redes de valor, o envolvimento de várias empresas diferentes que surgem, e tudo isso é dinâmico, devendo ter capacidade de auto-organização para que seja otimizado, em tempo real. Tal rede de valor pode ser optimizada no que diz respeito a diversos critérios diferentes, tais como custo, disponibilidade ou o consumo de recursos.``

A Indústria 4.0, tem na integração horizontal e vertical dos sistemas de tecnologia da informação e no acompanhamento do ciclo de vida de um produto, as suas duas principais referenciais conceituais.

 

Prof. Dr. Sc. Manuel Cardoso

(1) ´´Complexity, A tour guide``; Melanie Mitchell, Oxford University Press.

 

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