Indústria 4.0: Fábrica Inteligente – Logística Inteligente – Imagem: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
Indústria 4.0 – um termo que recentemente se tornou uma palavra da moda, gerando muita discussão na indústria e na política. Em seu sentido mais estrito, a Indústria 4.0 refere-se a um projeto visionário do Governo Federal Alemão, que prevê a estreita integração das tecnologias de informação e manufatura para tornar o país apto a enfrentar os desafios futuros.
De acordo com o documento estratégico, a quarta revolução industrial, impulsionada pelo rápido desenvolvimento da internet, levará a uma fusão dos mundos real e virtual, resultando, em última instância, na Internet das Coisas (IoT). Nela, os próprios produtos ou componentes se interconectam com outros itens, usuários ou meios de transporte e se comunicam entre si para gerar processos integrados e ainda mais eficientes.
Um sinal da transição para a Indústria 4.0 é a crescente importância da interconexão de sistemas de TI integrados aos processos de produção e logística, tanto entre si quanto com a internet em geral (os chamados sistemas ciberfísicos, CPS). O desenvolvimento cada vez mais acelerado da automação e da integração na indústria é acompanhado pela criação de tecnologias de monitoramento e controle cada vez mais inteligentes, permitindo que as empresas gerenciem e otimizem suas redes de criação de valor em tempo quase real. Esse desenvolvimento levará, em última instância, à implementação de processos de tomada de decisão totalmente autônomos na produção e no transporte.
Um passo em direção a esse objetivo é a fábrica inteligente e de autoaprendizagem (Smart Factory). O foco aqui é o desenvolvimento de sistemas e processos de produção inteligentes e autorreguláveis, bem como a implementação de instalações de produção em rede que se comunicam entre si de forma independente.
Logística Inteligente: A Logística do Futuro
No entanto, tecnologias inovadoras e inteligentes também estão cada vez mais presentes na logística de transporte e estão revolucionando todo um setor
Mas o que são exatamente as tecnologias inteligentes?
São sistemas informatizados que controlam de forma totalmente automática processos de trabalho completos e são capazes de operar de forma autônoma, controlando assim todo o processo de maneira independente.
A logística atual pouco tem em comum com o armazenamento e o transporte de mercadorias relativamente unidimensionais de alguns anos atrás. Isso se deve às novas tecnologias da web que permitem um nível de interação completamente novo entre os participantes. E esse desenvolvimento continua a progredir rapidamente. Sistemas de transporte parcialmente ou mesmo totalmente automatizados já estão sendo testados em inúmeras aplicações.
Fábrica Inteligente – a fábrica inteligente do futuro
O Centro Alemão de Pesquisa em Inteligência Artificial (DFKI), em colaboração com diversos fabricantes, desenvolveu um primeiro protótipo de uma fábrica inteligente do futuro – a chamada Fábrica Inteligente. Sua principal característica é a composição de módulos de produção independentes que se comunicam autonomamente entre si por meio de diversos sistemas de informação. O trabalho humano desempenha apenas um papel de apoio no processo produtivo.
Três elementos fundamentais constituem a base do desenvolvimento:
- o produto inteligente e comunicativo
- o sistema em rede
- o operador auxiliar do sistema
O produto inteligente, com a ajuda de sensores integrados (por exemplo, RFID ou Bluetooth), é constantemente informado sobre seu pedido atual, material e dados de produção, influenciando assim seu próprio processo de fabricação. O sistema em rede comunica-se com os produtos inteligentes individuais por meio de componentes CPS e monitora cada etapa do trabalho. Nesse sistema, o operador humano que auxilia o usuário é informado diretamente pelo produto sobre os detalhes do processo de montagem, incluindo as etapas de trabalho necessárias.
Fábrica Inteligente e Logística de Dados
Na fábrica inteligente, a separação tradicional entre planejamento e controle da produção é eliminada. Em vez disso, adota-se uma abordagem integrada, na qual as máquinas trocam informações e previsões sobre o processo produtivo e coordenam as etapas subsequentes. Dados sobre fluxo de materiais, utilização de máquinas e sistemas de armazenamento, e consumo de recursos também são integrados ao processo e considerados no planejamento de ações. Para que esse fluxo de informações impacte continuamente a produção em andamento, ele deve ocorrer em tempo real entre os dispositivos.
É aqui que a logística de dados desempenha um papel particularmente importante, pois deve garantir que todos os dados, tanto atuais quanto previstos, estejam disponíveis de forma rápida e abrangente e sejam encaminhados sem qualquer perda de tempo.
Esse tipo moderno de produção não termina, de forma alguma, nos portões da fábrica inteligente. A abordagem integrada e orientada a pedidos para a manufatura, que abrange toda a cadeia de valor, desde as matérias-primas até o produto industrial acabado, exige um pensamento transversal à empresa e, da perspectiva da logística de dados, a garantia de uma troca de informações fluida.
Os desafios envolvidos são enormes. Por um lado, prevê-se um fluxo de dados massivo, o que exige uma reorganização completa da infraestrutura de TI. Uma expansão rápida da infraestrutura de rede é, portanto, essencial para o sucesso do projeto.
Além da expansão qualitativa e quantitativa das linhas de dados, a logística de dados enfrenta outro desafio altamente complexo e atualmente muito debatido: garantir a segurança abrangente dos dados. Além de assegurar a disponibilidade dos dados para usuários autorizados, manter sua confidencialidade desempenha um papel central. O acesso não autorizado, bem como a perda ou divulgação não autorizada de dados confidenciais, devem ser evitados a todo custo. Os profissionais de logística de dados, portanto, têm a tarefa de promover o desenvolvimento e a operação de conceitos e padrões de segurança abrangentes.
A relação entre dados e logística de transporte
Além da logística de dados, a logística de transporte desempenhará um papel ainda mais importante no contexto da Indústria 4.0. Isso envolve especificamente a interconexão completa de todos os objetos envolvidos na cadeia de transporte. Em muitas áreas, isso já é uma realidade e é utilizado diariamente em uma infinidade de aplicações: o planejamento flexível de rotas com base em previsões de tráfego ou clima e o gerenciamento de fluxo de tráfego com suporte de software são apenas dois exemplos. Mas o desenvolvimento tecnológico não para por aí. A introdução de veículos inteligentes e autônomos em uma infraestrutura de transporte baseada na Internet das Coisas abrirá as portas para dimensões totalmente novas de soluções logísticas automatizadas e flexíveis.
Nessa área, dados e logística de transporte caminham juntos, com os primeiros fornecendo as informações necessárias para otimizar a logística de transporte. Quanto mais abrangente for a troca de informações sobre capacidade atual, clima, tráfego e veículos, mais eficientemente os crescentes fluxos logísticos poderão ser gerenciados. Em tempos de aumento da produção e transporte de lotes cada vez menores (palavra-chave: comércio eletrônico), os setores de manufatura e distribuição dependem praticamente do desempenho e da flexibilidade da logística de transporte. Somente se for possível garantir que matérias-primas, produtos semiacabados ou itens prontos para envio cheguem ao local no prazo, a visão de uma quarta revolução industrial em geral, e o conceito de fábrica inteligente em particular, poderão ser concretizados.
Espera-se que, mais cedo ou mais tarde, as tecnologias inteligentes prevaleçam na produção. Mas como isso afetará a logística de armazéns? O desenvolvimento nessa área seguirá o mesmo caminho ou um padrão semelhante?
Há muitos indícios disso.
Sistemas de transporte inteligentes no armazém
Sem um sistema de controle central, esses veículos negociam entre si as ordens de transporte recebidas, estabelecem regras de prioridade de passagem e trocam dados sobre suas respectivas posições no armazém. Como cada veículo processa suas informações de forma descentralizada, todo o sistema de controle é distribuído por diversas unidades virtuais. Se ocorrerem falhas, o enxame de veículos reage e resolve o problema por conta própria.
Robôs de transporte autônomos
É aqui que entram as empresas Kardex Remstar e Servus Intralogistics, que desenvolveram uma nova solução sob o nome de Fábrica Inteligente para otimizar a logística interna de produção de seus clientes
Os componentes principais da solução são sistemas de recuperação dinâmica da Kardex Remstar e um sistema de transporte especializado da Servus Intralogistics, composto por robôs de transporte autônomos montados sobre trilhos. Os produtos de ambas as empresas já estão disponíveis separadamente há algum tempo. A novidade é a integração dos componentes em uma solução completa e eficiente, utilizando um software recém-desenvolvido. As peças necessárias para a montagem são armazenadas de forma compacta em elevadores de armazenamento vertical, racks carrossel ou sistemas de armazenamento em contêineres da Kardex Remstar. No momento da recuperação, o sistema de transporte da Servus retira automaticamente as peças do armazenamento e as transporta para as estações de trabalho de montagem utilizando robôs de transporte autônomos. Os robôs recebem automaticamente informações sobre as etapas de trabalho necessárias e executam todas as etapas subsequentes de forma independente. Consequentemente, o sistema da Servus não requer uma unidade de controle central, pois os robôs de transporte se comunicam diretamente entre si e com as estações de trabalho via infravermelho, permitindo que reajam ao ambiente ao seu redor. O sistema de transporte da Servus demonstra ser particularmente flexível, permitindo o planejamento livre de rotas dentro do galpão da fábrica e adaptando-se de forma otimizada às estruturas prediais existentes. Isso significa que os trilhos podem ser instalados em qualquer ponto – do piso ao teto – em áreas de armazenamento e produção.
Inteligência coletiva do Instituto Fraunhofer
Uma abordagem fundamentalmente comparável, mas em sua forma atual mais avançada, é demonstrada por um sistema de armazenamento e transporte de contêineres chamado Multishuttle , projetado pelo Instituto Fraunhofer para Fluxo de Materiais e Logística .
A ideia fundamental é que o benefício decisivo de um sistema de armazenagem não se mede apenas pela sua capacidade de armazenamento e recuperação, mas também pela velocidade com que os contêineres chegam ao seu destino. Os especialistas do Fraunhofer IML preveem que a proporção de sistemas de esteiras e armazenagem para cargas pequenas continuará a aumentar na logística de armazéns, em comparação com os sistemas de esteiras e armazenagem para paletes. Isso se deve à redução contínua do tamanho das remessas e às consequentes medidas de redução de estoque na indústria e no comércio.
A ideia original envolvia o desenvolvimento de um sistema de transporte com veículos guiados por trilhos e de baixo custo. Esses veículos também deveriam ser capazes de realizar, de forma independente, operações de armazenamento e recuperação dentro do armazém, permitindo assim que todo o processo de transporte do armazém até a estação de trabalho fosse feito sem qualquer manuseio adicional. Essa ideia levou ao desenvolvimento do chamado Multishuttle, que opera de forma semelhante ao veículo de transporte Servus.
No entanto, os engenheiros rapidamente perceberam as limitações dessa solução: o sistema de trilhos inflexível. Em seguida, dedicaram-se ao desenvolvimento do MultiShuttle, um veículo capaz de navegar pelo armazém sem trilhos. Em colaboração com a Dematic, o instituto desenvolveu o MultiShuttle Move, compatível com o sistema de trilhos convencional, mas equipado com um chassi montado no piso e um sistema de navegação inteligente. O veículo possui scanners a laser na frente e na traseira, que servem tanto para o direcionamento quanto como recurso de segurança durante a operação no piso. Utilizando tecnologia de posicionamento integrada, ele pode se mover com total liberdade dentro do espaço, sem trilhos-guia ou outros marcadores fixos, e reagir dinamicamente às mudanças. Isso minimiza a necessidade de tecnologia de esteiras fixas, ao mesmo tempo que proporciona máxima flexibilidade.
Com este sistema inovador, veículos de transporte inteligentes e interconectados gerenciam todas as operações de transporte, por exemplo, de um armazém vertical até as estações de trabalho onde os produtos são processados ou separados. Esses auxiliares ágeis não são guiados por software de gerenciamento de armazém, mas se coordenam autonomamente, sem qualquer controle central. Como esse tipo de logística de armazém exige um grande número desses pequenos auxiliares, o software seria sobrecarregado pela complexidade de gerenciar esse enxame de robôs. Isso permite que eles se movam com total liberdade dentro do armazém vertical, tanto sobre trilhos quanto no chão.
Os dispositivos comunicam-se e controlam-se mutuamente utilizando o princípio da inteligência coletiva. Isso é possível graças à utilização de tecnologia de sensores de última geração, equipada com funcionalidades como rastreamento por rádio, medição de distância e navegação. Dessa forma, cada unidade de transporte encontra sempre o caminho mais direto e curto até o seu destino, coordenando-se entre si quanto à aceitação de pedidos e ao planejamento de rotas, garantindo assim o máximo rendimento no armazém e, consequentemente, a eficiência.
As colisões também são evitadas pelo sistema de sensores integrado, que para automaticamente os veículos caso haja risco iminente de colisão com outro dispositivo ou pessoa. Fora isso, aplicam-se regras fixas de prioridade de passagem no armazém, semelhantes às do trânsito rodoviário.
Caso sejam necessários recursos adicionais, a capacidade de transporte do sistema pode ser ajustada de forma flexível, aumentando o número de veículos. Não são necessários investimentos em instalações fixas.
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