Como o setor de plásticos se situa no contexto da indústria 4.0

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Por trás dos esforços da indústria em se reinventar e se modernizar há um consumidor mais exigente, que demanda produtos de melhor qualidade, personalizados e a preços competitivos. É por ele que se dá toda a corrida pela modernização de instalações produtivas a que se convencionou neste momento chamar de “indústria 4.0”, uma direção para a qual os transformadores de plásticos também estão caminhando mais rapidamente do que se supõe.

Hellen Souza e Adalberto Rezende, da redação (*)

Data: 10/11/2017

Edição: PI Novembro 2017 - Ano 20 - N^o 231

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A revolução indústria pela em nível qual mundial, está passando com a a incorporação de recursos de tecnologia da informação nas rotinas fabris, pouco a pouco está chegando ao mercado brasileiro, com reflexos imediatos em empresas do ramo de manufatura, incluindo as transformadoras de produtos plásticos.

Conceituar esse movimento tem sido tarefa de diversas publicações e também já foi a nossa, em artigos técnicos e em recentes coberturas de feiras nacionais e internacionais, nas quais não é mais possível ignorar a tendência. Ao propor uma revisão do tema, porém, cabe mais uma vez tratar dos fundamentos para a adoção de processos voltados para o ingresso nos chamados sistemas 4.0. Eles contemplam a coleta automática de dados por meio de sensores, o seu envio e posterior interpretação por parte de sistemas e máquinas, área em que está inserido o conceito de IIoT (industrial internet of things, ou internet das coisas na área industrial), considerando que muitos dos dispositivos são utilizados em conexão com a grande rede.

Especialistas estimam que até 2020 a Internet Industrial conectará 50 bilhões de “coisas” e que esse mercado movimentará cerca de US$ 15 trilhões nos próximos 15 anos, promovendo ganhos consideráveis de eficiência e produtividade, além de redução de custos, consumo energético e de desperdício de materiais.

A necessidade de manter esses dispositivos de coleta de dados em conexão direta com sistemas hospedados em nuvem e acessíveis via internet constitui um dos grandes gargalos para a adoção dessas tecnologias devido à qualidade e à confiabilidade dos serviços de internet no País.

Outro desafio de empresas do setor de manufatura em direção à chamada transformação digital é a automatização da coleta de dados em chão de fábrica, visando centralizar e padronizar dados em uma plataforma segura e confiável, que garanta também o acesso rápido e simultâneo a aplicativos em nuvem.

A transformação digital envolve tecnologias emergentes em áreas como inteligência artificial, computação em nuvem, análise de grandes volumes de dados (Big Data), robótica avançada e internet das coisas. A aplicação isolada ou combinada dessas tecnologias está criando novos modelos de negócio e tornando outros obsoletos, fazendo avançar também o conceito de Internet Industrial, baseada na conexão de equipamentos e máquinas que operavam isoladamente, gerando grande massa de dados em tempo real. Posicionar o nosso ambiente produtivo frente a esses desafios tem sido uma preocupação de instituições que representam a indústria no Brasil, como pode ser visto no box da página 20.

A Federação das Indústrias do Estado de São Paulo (Fiesp), por exemplo, tem elaborado regularmente estudos a respeito visando equacionar o problema e propor rumos para as empresas que pretendem iniciar a sua transformação digital. Um dos mais recentes, denominado “A quarta revolução industrial já chegou”, apresenta uma análise dos desafios e oportunidades que esse futuro muito próximo imporá (veja figura a seguir). Nele, até mesmo a NR-12, uma norma de segurança, é apontada como um possível complicador da adoção de sistemas colaborativos homem-robô.

4.0 no chão de fábrica

A reconfiguração dos parques fabris para atender aos requisitos do conceito de “Indústria 4.0” tem orientado os fabricantes de máquinas para processamento de plásticos. Porém, como iniciar essa transição é uma das principais dúvidas dos profissionais da transformação.

Uma das primeiras etapas pode ser a inserção de sensores em, por exemplo, máquinas que não contam com tecnologia de coleta e armazenamento de dados e/ou de conexão com a internet, atualmente presente em equipamentos modernos. De acordo com Marcelo Pinto, diretor executivo da PPI-Multitask (São Paulo, SP), o barateamento do preço de sensores, ocasionado pelo constante aumento da demanda, pode favorecer a sua implementação. Sobre a instalação de tecnologia digital no chão de fábrica, ele afirmou que “nos projetos que realizamos hoje em dia ainda encontramos e conectamos máquinas antigas, instalando conversores de sinal digital para rede Ethernet ou WiFi. Conectamos máquinas novas do mesmo modo, quando o foco é simplesmente o controle on-line da produção”.

A integração de sensores a peças manufaturadas visando à transmissão de dados sobre seu comportamento durante a vida útil também é uma possibilidade. Para Fábio Abatepaulo, diretor de serviços de consultoria da Unisys para a América Latina (São Paulo, SP), isso permitiria o acesso a informações sobre o desempenho de componentes quando eles fossem submetidos a diferentes tipos de solicitações, o que poderia contribuir para o aprimoramento do seu processo de fabricação, procedimento denominado “manufatura inteligente”.

A implantação de inteligência artificial em máquinas e equipamentos (machine learning) também figura entre os estágios do aperfeiçoamento das linhas de produção. Trata-se de sistemas de software e hardware que concedem autonomia aos equipamentos para que eles possam realizar processos tipicamente controlados por operadores como, por exemplo, configuração de parâmetros de processo e ajustes mecânicos, assim como armazenar dados referentes ao surgimento de anomalias e correções executadas.

Software

A implantação de um projeto 4.0 deve levar em conta os recursos computacionais envolvidos e para isso é necessário formar equipes ou contratar serviços de empresas especializadas no desenvolvimento e integração dos sistemas, incluindo os do tipo MES (manufacturing execution system), que consistem, de maneira geral, em uma classe de sistemas de informação situada entre os destinados à automação no chão de fábrica e os sistemas corporativos da empresa, denominados ERP (enterprise enterprise resource planning planning).

Importante ferramenta da automação industrial, o MES monitora a produção em tempo real, avaliando as perdas e os ciclos produtivos. Integrado ao ERP, pode interferir direto nas ordens de produção, efetuando apontamentos normalmente impossíveis de serem feitos de forma manual. Possibilita, por exemplo, o acompanhamento do processo de produção desde a emissão de ordens de serviço até a fabricação do produto final. Dentre os fornecedores desse tipo de sistema estão a Tgn Brasil (São Paulo, SP), a B3 (Joinville, SC) e a SAP (São Paulo, SP), com sede na Alemanha.

Os protocolos de comunicação

Para que todos os equipamentos e dispositivos envolvidos em um projeto de indústria 4.0 conversem entre si, é necessário estabelecer um protocolo comum de comunicação entre eles. Porém, a IoT Industrial não tem ainda um padrão, razão pela qual é necessário atentar para a sua escolha, uma vez que a seleção do protocolo mais adequado depende dos requisitos do projeto, dispositivos de campo e dos dados a serem processados.

Entre os vários existentes, o OPC UA tem sido apontado como o que atende mais amplamente à demanda da indústria, adequando-se à combinação entre tecnologia operacional (TO) e tecnologia da informação (TI). Foi definido como padrão pela Associação Alemã de Fabricantes de Máquinas (VDMA) para o IoT industrial pois, além de promover a troca de dados entre cliente e servidor, ele conta com princípios de interoperabilidade e conectividade para dados relativos ao chão de fábrica. Além disso, é desenvolvido com tecnologia multiplataforma, podendo ser embarcado diretamente em dispositivos. Assim, um dispositivo (servidor OPC UA) pode até trocar estruturas complexas de dados (informações), tanto vertical como horizontalmente, do nível mais baixo ao mais alto da pirâmide da TI, localmente, pela internet ou nuvem.

Uma linha de produção composta de várias máquinas fornecidas por diferentes fabricantes pode se comunicar entre si usando uma arquitetura cliente/servidor e, por meio de sistemas de gerenciamento do tipo MES (manufacturing execution system), ativar uma receita de produção, por exemplo, tão eficientemente quanto uma chamada para troca de parâmetros de entrada e saída.

Os avanços desse protocolo, conforme informou Thomas Rienessi, diretor da austríaca B&R Automation, com subsidiária em Campinas (SP), já indicam que ele chegará ao nível dos sensores instalados nas máquinas. O OPC UA é usado pelo sistema para a captação e gerenciamento de informações em plantas fabris mapp View, desenvolvido pela B&R. Aberto e modular, ele é compatível com browsers de diferentes dispositivos (smartphones, iPhone, tablets etc.), atuando de forma conjunta com outro desenvolvimento da empresa, a Orange Box, que é um dispositivo para aquisição e análise de dados de produção que permite a conexão entre diferentes tipos de máquina, transformando equipamentos antigos e mesmo instalações obsoletas em linhas de produção interconectadas, inclusive no segmento de transformação de plásticos.

A alemã Siemens, com filial em São Paulo (SP), também lançou este ano o MindSphere, um sistema operacional aberto destinado a conectar dispositivos de acordo com o conceito de IoT que emprega o protocolo OPC UA. A forma como foi concebido permite que as empresas usuárias, em conexão com seus clientes, desenvolvam seus próprios aplicativos para uso em nuvem, levando em conta toda a massa de dados gerada por máquinas ligadas a sistemas de aquisição de dados. “É possível, por exemplo, montar um CLP no mundo virtual”, informou Murilo Morais, executivo da companhia.

Os dados coletados podem ser processados e analisados visando à melhoria do desempenho dos softwares e ao melhor uso dos recursos produtivos. Máquinas equipadas com CLP da Siemens se conectam diretamente com o MindSphere, enquanto outras podem ter como interface o Mind Conect Nano, um hardware que lê dados de acordo com o mesmo protocolo, permitindo o monitoramento de máquinas considerando quaisquer dados relevantes que possam ser captados por sensores, tais como pressão, temperatura ou forças envolvidas nas operações.

Para o acesso aos dados em nuvem é possível contratar um pacote que varia quanto ao período e à quantidade de máquinas controladas. Um dos casos de aplicação do sistema foi desenvolvido na Alemanha, com a fabricante de máquinas sopradoras Kautex Maschinenbau, onde o uso desses recursos teria levado a um aumento de 8% da produtividade.

Maquinário concebido para o cenário 4.0

Para atender à demanda por equipamentos voltados para a indústria 4.0 no Brasil, alguns fabricantes de máquinas, bem como desenvolvedores de robôs e softwares, passaram a comercializar modelos que possuem, por exemplo, sistema de processamento de dados em nuvem e de inteligência artificial. Alguns deles são descritos a seguir, a título ilustrativo.

A Arburg (São Paulo, SP), com matriz na Alemanha, já implementou esses conceitos em sua linha de máquinas Allrounder. A série conta com injetoras em versões elétrica, hidráulica e híbrida, verticais e horizontais, que apresentam força de fechamento de 125 a 5.000 kN. De acordo com Leandro Goulart, gerente de vendas da empresa, “os equipamentos são dotados de interface que permite a interconectividade de processos”. As operações podem ser simuladas e realizadas usando um sistema computadorizado de gerenciamento de produção denominado ALS, pelo qual podem ser armazenados e compartilhados via rede – entre estações de trabalho remotas, por exemplo – ordens de serviço, parâmetros de processo e alertas sobre anomalias na qualidade dos produtos. Além disso, o acompanhamento dos processos pode ser feito por meio de smartphones e tablets a partir do download de aplicativos específicos.

Já a austríaca Wittmann Battenfeld, com filial em Campinas (SP), comercializa as máquinas injetoras da linha SmartPower, nciamento de produção ALS desenvolvido para injetoras, fornecidoArburg, que permite o compartilhamento de dados viacujos modelos têm força de fechamento de 25 a 350 t e são equipados com uma interface de comando Unilog B8. Esta possui tela sensível ao toque (touch screen), sistema operacional Windows 10 IoT Core e sistema auxiliar para ajuste de parâmetros de processo. Segundo informações da companhia, seu sistema de controle permite o armazenamento e a transferência de dados entre equipamentos de moldagem, robôs e periféricos, podendo inclusive comandar as unidades secundárias, ao passo que as etapas da operação conjunta podem ser supervisionadas em tempo real pela interface das máquinas integradas, assim como por meio de aplicativos instalados em aparelhos móveis de comunicação. Também estão disponíveis recursos de identificação por radiofrequência (RFID). O status da máquina, de robôs integrados e equipamentos periféricos são exibidos em uma barra colorida e por menus do tipo pop-up.

A companhia criou ainda o Wittmann 4.0 Router, um roteador que estabelece o link entre a rede de uma empresa e uma célula de trabalho. Controlado remotamente pelo Windows, ele identifica automaticamente qualquer equipamento periférico, pode interagir com o aplicativo WiBa QuickLook e efetuar a configuração automática de dispositivos (plug & product), bem como realizar a troca de informações com sistemas de monitoramento e contribuir para a segurança dos dados.

Há exemplos também na área de soldagem de plásticos: a Herrmann (Indaiatuba, SP), com matriz na Alemanha, fornece os geradores de ultrassom da série Ultraplast AMG. Segundo Andreas Haug, gerente de vendas da empresa, a linha conta com modelos que apresentam potência de 600 a 2.000 W e que operam com frequência de até 35 kHz, os quais são fornecidos em versões com interface para conexão com rede Ethernet, entrada USB e cartão de memória microSD, além de software voltado para o diagnóstico de processos e compartilhamento de dados entre estações de soldagem.

A Milacron (EUA), com representante em São Paulo (SP), desenvolveu as máquinas injetoras equipadas com sistema de inteligência artificial da série Roboshot. Elas contam com sistemas de controle de processos configurados com processadores de 64 bits e sistema operacional Windows CE, os quais apresentam memória para armazenar até 300 arquivos e que podem ser conectados a redes Ethernet. Além desses, a empresa dispõe de software e hardware voltados para a avaliação da viscosidade de resinas, registro e alertas de alterações de parâmetros de moldagem e armazenamento de informações sobre datas e carga horária referentes à execução dos processos.

Para aplicações que compreendam o processamento de dados em ambientes virtuais, a Engel (Áustria), com subsidiária em São Paulo (SP), desenvolveu a plataforma digital destinada à integração de linhas industriais de transformação de plásticos “Inject 4.0”. Segundo informações da empresa, o sistema possui ferramentas voltadas para a detecção e supressão de anomalias em processos de manufatura, as quais podem ser realizadas, por exemplo, por máquinas e/ou robôs integrados. A plataforma apresenta ainda recursos destinados ao mapeamento e à manutenção preditiva de linhas de produção, bem como à assistência técnica on-line.

Os fornecedores de periféricos também estão a par da necessidade de integração das plantas industriais. A italiana Piovan, com subsidiária em Osasco (SP), desenvolveu o sistema de supervisão Winfactory 4.0, que usa o protocolo OPC UA e atualmente contempla não só a comunicação entre máquinas, mas também o gerenciamento do uso de energia, assim como do uso das linhas com base no que deve ser produzido e como. Produzir um lote com determinada fórmula, por exemplo, pode ser mais conveniente em uma unidade ou equipamento em que esteja sendo usado o mesmo mix de materiais. O sistema de controle pode ficar disponível em várias máquinas e dispositivos portáteis, mesmo que não sejam produzidos pela empresa.

Segurança de dados

A conveniência da tecnologia da informação que aterrissou no chão de fábrica trouxe consigo o risco de ciberataques, a exemplo do que costuma ocorrer nos sistemas utilizados por diversos outros segmentos. De acordo com o relatório “Cenário das ameaças a sistemas de automação industrial no primeiro semestre de 2017”, efetuado pelo Kaspersky Lab, um terço dos computadores de ICS (industry control systems, ou sistemas de controle industrial) do setor manufatureiro sofreu ataques no período, sendo o Brasil, México e Colômbia, respectivamente, os países mais visados (veja o gráfico a seguir). Neste período, foram bloqueadas tentativas de ataque em 38,9% dos computadores industriais contendo os sistemas de antivírus da empresa.

Os motivos para as altas estatísticas desse tipo de infecção são as interfaces entre as redes corporativas e industriais, a disponibilidade de acesso à internet em ambientes fabris e a conexão de computadores dessas redes intermediada por operadoras de celular. Além disso, infecções pelos chamados malwares (ou softwares “mal intencionados”) podem acontecer também por meio de mídia removível, como pendrive e HD externos, sendo essa classe responsável por 9,3% dos casos na América Latina.

Roberto Rebouças, diretor do Kaspersky Lab no Brasil, informou que a conexão entre os comandos de máquina e os computadores pessoais torna todo tipo de dispositivo vulnerável aos ataques de hackers, e que máquinas também podem ser vítimas. Os malwares possuem também versões que afetam sistemas supervisórios e de aquisição de dados (também conhecidos pela sigla SCADA, de Supervisory Control And Data Acquisition), dentre os quais estão os CLPs ou as interfaces homemmáquina (IHM). Proteger esses sistemas passou a ser fundamental, tendo em vista os danos patrimoniais que esse tipo de invasão pode acarretar.

Na opinião de Marco Ribeiro, diretor da área de IT consulting da Protiviti (São Paulo, SP), “as organizações devem entender de que forma a empresa lida com a internet, conhecer seus sistemas de comunicação e de troca de dados, bem como saber quem tem acesso a o quê e como. Os parques fabris devem contar com controle de acesso à sua rede lógica, assim como devem ser filtrados e inspecionados os dados compartilhados”. O executivo sugeriu ainda algumas ações que podem contribuir para a segurança das companhias: “utilizar mais de uma camada de segurança, mas, minimamente, contar com firewalls, filtros de conteúdo, antivírus, antispam, antimalware e air gap. Para esses ambientes, é comum a adoção de gateways unidirecionais, ou seja, é possível que apenas os dados da rede industrial sejam enviados para a rede corporativa”.

Visando orientar companhias que pretendem instalar sistemas de segurança em redes digitais destinadas à indústria em geral, foi criada no Reino Unido, em 2015, a Internet of Things Security Foundation, ou Fundação para a Segurança da Internet das coisas, em tradução livre. A entidade disponibiliza informações sobre a implantação de tecnologia digital, realiza eventos que tratam de assuntos relacionados ao conceito de “Indústria 4.0” e elabora guias que podem ser obtidos por meio de download gratuito.

A vulnerabilidade das empresas brasileiras a ataques cibernéticos fez com que a seguradora Zurich passasse a comercializar no Brasil um seguro que protege as empresas contra riscos e ameaças cibernéticas. O produto se chama Zurich Proteção Digital e oferece proteção financeira à empresa em casos de responsabilidade civil decorrente de ameaças cibernéticas ou atos de violação de segurança ou de privacidade, incluindo proteção em casos de investigações formais e inquéritos. A cobertura inclui desde a ameaça de inclusão de vírus, interrupção do sistema, divulgação de informações confidenciais (pessoais ou corporativas) até os erros e omissões da empresa por divulgação não autorizada de informações pessoais sob sua custódia e de seus provedores de serviço. Hellen Fernandes, especialista em risco cibernético da companhia, informou que até agora a carteira de clientes é bastante diversificada e que indústrias de médio e grande porte já utilizam o serviço, visando especialmente a proteção contra vazamento de informações, questões de privacidade, uso de imagem e reputação.