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Aplicações de IoT e a Indústria 4.0(Uma Abordagem Customizada)

Ronald M. DauschaRonald M. DauschaRonald M. DauschaRonald M. Dauscha

20 20 20 20 de de de de julho julho julho julho de 2017de 2017de 2017de 2017

QUEM SOMOS?

Indústria avançada

Rumo 4.0

Matemática Industrial

Logística Inteligente

Infraestrutura de inovação

Institutos, centros e parques

Qualidade e processos

Lean manufacturing

Novas necessidades

Novas ações

Sistemas de Gestão

Implementação e apoio

para certificação

Estudos e pesquisas

Temas diversos

CLAEQ

© Fraunhofer

Joseph von Fraunhofer (1787 – 1826)

� ResearcherDiscovery of “Fraunhofer Lines“ in the sun spectrum

� InventorNew methods of lens processing

� EntrepreneurHead of royal glass factory

© Fraunhofer

�From Idea to Practice : Who stands wherefore?

1. Basic research� Universities

� Helmholtz Centers� Max Planck Institutes

2. Application-oriented research� Industrial

research centers� Fraunhofer Institutes

3. Industrial application� Companies

creates basic innovations.

transfers basic innovations to the application stage and creates prototypical solutions.

implements application-ready solutions in the economy.

© Im

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RF

The Fraunhofer-Gesellschaft at a Glance

The Fraunhofer-Gesellschaft undertakes applied research of direct utility to private and public enterprise and of wide benefit to society.

24,500 staff

69 institutes and research units

More than 70%is derived from contracts with industry and from publicly financed research projects.

Almost 30%is contributed by the German federal and Länder Governments

Fin

ance

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lum

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€2.1 billion

2016C

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trac

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€1.9 billion

Major infrastructure capital expenditure and defense research

© Fraunhofer

Microelectronics EMFT, ENAS, FHR, HHI, IAF, IIS, IISB, IMS, IPMS, ISIT, IZMAssociated members : AISEC, ESK, FOKUS, IDMT, IKTS, IMWS, IZFP

Fraunhofer Groups

ICT AISEC, ESK, FIT, FKIE, FOKUS, IAIS, IAO, IDMT, IESE, IGD, IOSB, ISST, ITWM, IVI, MEVIS, SCAI, SITAssociated members: HHI, IIS

Life Sciences EMB, IBMT, IGB, IME, ITEM, IVV, IZI

Light & Surfaces FEP, ILT, IOF, IPM, IST, IWS

Production IEM, IFF, IML, IPA, IPK, IPT, IWU, UMSICHT

Materials and Components –MATERIALS

EMI, IAP, IBP, ICT, IFAM, IKTS, IMWS, ISC, ISE, ISI, IWES, IWM, IZFP, LBF, WKIAssociated members: IGB, ITWM

Institutes outside groups: IMW, IRB

Defense and Security VVS EMI, FHR, FKIE, IAF, ICT, INT, IOSBAssociated members: HHI, IIS, ISI

© Fraunhofer

Salvador

São Paulo

Santiago de Chile

Pretoria

Stellenbosch

CairoLavon

Bangalore

Jakarta

Singapore

OsakaTokyoSendai

GlasgowDublin

Brussels

Porto

Bolzano

ViennaBudapest

Graz

Enschede

BostonPlymouthEast

Lansing

NewarkStorrs

London

Hamilton

Ulsan

Auckland

Kuala Lumpur

Nijmegen

SeoulBeijing

Campinas

San José

Jerusalem

Gothenburg Stockholm

Fraunhofer Worldwide

� Subsidiary� Center� Project Center� ICON / Strategic cooperation� Representative / Liaison Office� Senior Advisor

© Fraunhofer

Fraunhofer Liaison Office Brazil

Strategic Cooperation

� EMBRAPII - The Brazilian Agency for Industrial Research and Innovation

� Scientific and Technological Cooperation

� SENAI-CNI-Innovation Laboratories

� Establishment and structuring of Innovation Laboratories

� Elaboration of business and management plans

� Consulting

� FAPESP – São Paulo Research Foudation

� Scientific and Technological Cooperation

� MCTIC-CNPq

� Matchmaking for:

- “Ciências Sem Fronteiras” Program

- PhD students and PhD

© Fraunhofer

• Apoio à pesquisa em todas as áreas;

• Financiada pelo estado de SP com 1% da receita tributária;

• Solicitações de financiamento selecionadas pelo sistema de revisão por pares (25.000 propostas por ano) – Tempo médio para decisão – 65 dias;

• Dispêndio em 2016: R$ 1,2 bilhões ;

• Bolsas (IC, MS, DR, PD);

• Pesquisa Acadêmica (CEPID, Temáticos, Jovens Pesquisadores, Regular);

• Pesquisa Cooperativa Universidade – Empresa - PITE

• Pesquisa Inovadora em Pequenas Empresas – PIPE

• Centros de Inovação de Empresas com ICTs

• Estratégia de aumento da qualidade e do impacto: temáticos, JP, cooperação internacional.

FAPESP

© Fraunhofer

Fraunhofer Subsidiary and Centerand Fraunhofer Project Center in South America

� Fundación Fraunhofer Chile Research

� Fraunhofer Center for Systems Biotechnology

� Fraunhofer Project Center for Software and Systems Engineering at UFBA-Fraunhofer Institute for Experimental

Software Engineering – IESE

-Federal University of Bahia (UFBA)

Santiago de Chile

Salvador

Campinas� Fraunhofer Project Center for Innovations in Food and Bioresources atITAL-Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV

-The Food Technology Institute (ITAL)

� Fraunhofer Liaison Office Brazil (SP)

=> A new Project Center is coming!!!

O QUE É 4.0?

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1ª Revolução IndustrialIntrodução de estabelecimentos com produção mecânica movida

a água e vapor

Final doSéculo XVIII

Primeiro tearmecânico

1784

2ª Revolução IndustrialIntrodução da produção em massa baseada na divisão de

trabalho e uso da energia elétrica

Início doSéculo XX

3ª Revolução IndustrialIntrodução da eletrônica, da T.I.

e da robótica para maior automatização da produção

4ª Revolução IndustrialBaseada em Sistemas de Produção Ciber-Físicos

Início daDécada de 70

Hoje

Indústria 1.0

Indústria 2.0

Indústria 3.0

Indústria 4.0

Fonte: Adaptado de uberb2b.com

História

Desmiticando a Sigla “4.0” na Era da Revolução Digital?

Programação: do robô para a peça!

Tecnologias base para a Revolução Digital da era 4.0

� S o l u ç õ e s I n o v a d o r a s

� F a b r i c a ç ã o A d i t i v a

� S e n s o r e s A v a n ç a d o s

� R e a l i d a d e A u m e n t a d a

� R o b ô s A u t ô n o m o s

� S e g u r a n ç a C i b e r n é t i c a

Tecnologias de Informação e Comunicação nos diferentes Níveis

Nível gerencial

Condução do Processo

Chão de Fábrica

Predição

Indicadores

Coleta

Diagnóstico ÁgilIF ...

ELSE ...

Sistemas CiberFísicos dotados

de IA

Sistemas de Tecnologias da

Informação

Base de Dados Integrada

Big Data

Integração com a

Nuvem

Business Intelligence

Integração HW/SW wireless

Inteligência Artificial

PlantInformation

Management Systems

Interfaces M-M

Internet das Coisas

Automação CAD/CAM

Sensores Inteligentes

Nível 4

Nível 1

Nível 2

Nível 3

Planejamento deNegócios & Logística

Plano de Produção,Gerenciamento Operacional, etc

Gerenciamento de Operações de Manufatura

Programa detalhado da produção,Rastreabilidade, Performance...

ControleDiscreto

ControleContínuo

ControleBatelada 1 - Sensoreamento do processo de produção,

manipulação do processo de produção

2 - Monitoração, Controle Supervisório e controle automático do processo de produção

Escala de TempoHoras, minutos, segundos, microsegundos

3 - Controle do fluxo de trabalho e de receitas, para produzir os produtos finais desejados. Manter registros e otimizar o processo de produção.

Escala de TempoTurnos, horas, minutos, segundos

4 - Estabelecer o planejamento básico de produção da planta, uso de materiais, entrega e logística. Determinar níveis de estoques.

Escala de TempoMeses, semanas, dias, turnos

ERP,EAM, PLM...

MES,Batch, LIMS, SPC...

PLC, SCADA, Historian...Sensors

Fonte: ANSI/ISA–95

TI para Manufatura:

� MES (Manufacturing Execution

Systems)

� Lean Execution (OEE e Kanban

Eletrônico)

� WMS (Warehouse Management

Systems)

� APS (Advanced Planning &

Scheduling Systems)

� IIoT (Industrial Internet of

Things)

Automação Industrial:

� Automação de Processos e

Utilidades

� Automação e Segurança de

Máquinas

Qual a sua jornada para a I4.0?Arquitetura Tradicional

Externo

Nível 4

Nível 1

Nível 2

Nível 3

ControleDiscreto

ControleContínuo

ControleBatelada

ERP,EAM, PLM...

MES,Batch, LIMS, SPC...

PLC, SCADA, Historian...Sensors

Edge

IoTGateway

GatewayFunctionalities

IndustrialConnectivity

Suppliers, Fleet, Web...

Cloud

Mashup User Interface

Machine to Machine

Workflow

Applications

Analytics (ML)DescriptivePredictive

Prescriptive

Industrial Big Data

Digital Platform

Arquitetura Híbrida �� Tradicional + IIoT

Qual a sua Jornada para a I4.0?

Fábrica Gêmea Digital

� Atendimento de requisitos de consumidores individuais – da engenharia à produção

� Flexibilidade – configuração dinâmica dos processos de negócio

� Otimização das tomadas de decisão –transparência de toda a cadeia em tempo real

� Recursos produtivos e eficientes – otimização contínua

� Oportunidades para novos serviços – Big Data, algoritmos inteligentes

� Simulação de produtos, processos e serviços

O Potencial da Indústria 4.0

Benefícios Novos!

O conceito de Indústria 4.0 pressupõe ganhos emimportantes dimensões, garantindo umaorganização atenta para novas tendências eadotando uma postura das “empresasexponenciais” e, almejando navegar em um“oceano azul”. Mas, precisamos inovar!

Qualidade / Processos

Flexibilidade no Fornecimento (quantidade, localização e rapidez)

Customização (produto sob demanda)

Competividade / Diferenciação (menor preço, menor prazo de entrega, mais adequação às necessidades de clientes etc.)

Sustentabilidade(financeira, ambiental e social)

IIoT

CPS

Mashup User Interface

Augmented Reality

Machine to Machine

Workflow

Applications

Analytics (ML)DescriptivePredictive

Prescriptive

Industrial Big Data

OrdensEnga.

Itens Movimentos Reporte PlanosOrdensServiço

Ocorrências Medições

IdentificaçãoMovimentação

Kanban

ProduçãoRefugo

ParadasQuebras

OEE MTBF/MTTR Cp/CpkRastreabilidade

Manutenção QualidadeConsumos Produção

InspeçõesCEP

MateriaisMateriais ProduçãoProdução ManutençãoManutenção QualidadeQualidadeERPERP

Automação da Coleta de Dados

Máquinas – Processos – Utilidades

Sensoriamento/CLP/SCADA

MES 4.0

Apontamento online de eventos manuais

IoTHistoriadorHistoriador EnergiaEnergia

MES 4.0 & IIoT: Informação, Otimização e Transformação

Sobre o OEE

TEMPO DISPONÍVEL

TEMPO OPERACIONAL

PARADA NÃO PLANEJADA

PerdaVEL

TEMPO TOTAL24 HORAS X 365 DIAS

TEMPO PRODUTIVO BRUTO

TEMPO TRABALHADO

PARADA PLANEJADA

TEMPO FORA DE TURNO

REFRETTEMPO PRODUTIVO LÍQUIDO

OEE (overall equipment efectiveness) = Qualidade x Performance x Disponibilidade

Sobre o OEE

TEMPO DISPONÍVEL

TEMPO OPERACIONAL

TEMPO TOTAL24 HORAS X 365 DIAS

TEMPO PRODUTIVO BRUTO

TEMPO TRABALHADO

TEMPO FORA DE TURNO

TEMPO PRODUTIVO LÍQUIDO

OEE = 99% (Q)x 95% (P) x 90% (D) = 85%

Referência de World Class OEE Level para processos não dedicados - discreto e batelada.

© Fraunhofer

Aplicações infinitas... “A salsicha 4.0” (notícia de 18.7.17)

A Tyson Foods é uma das maiores empresas de alimentos do mundo e acaba de instalar uma novidade que poderá melhorar os seus resultados: internet dascoisas em uma das suas fábricas de salsicha para monitorar dados. E teve resultados muito melhores que o esperado. Só este teste conseguiu produzir cincovezes o resultado necessário para se pagar: ou seja, gerou economias para a empresa que justificam e ainda colaboram para novos. E isso só no começo, jáque o grande benefício de guardar dados é poder tomar decisões futuras.

“Há quatro anos, tínhamos zero visibilidade dos dados operacionais da planta, portanto as decisões eram feitas sem dados para apoiá-las”, disse JonathanReichart, engenheiro sênior responsável pela implementação do processo. A companhia teve melhorias de 0,5% na produção de salsichas, quando apenas0,1% pagaria o investimento.

Parece pouco, mas isso é uma economia de 50 mil toneladas de salsichas. Antes, era comum que a empresa colocasse um pouco mais de carne em umasalsicha e um pouco menos em outra (o que pode causar um inferno na vida da empresa se algum regulador descobre). Com a internet das coisasconectando as máquinas, fica fácil saber onde estão ocorrendo os erros e minimizá-los. Isso se reflete em menos desperdício e uma melhorutilização dos recursos.

ORGANIZAÇÕES 4.0 COMO ABORDAR?COMO ABORDAR?COMO ABORDAR?COMO ABORDAR?

FONTE: Luiz Guilherme Gerbelli e Renée Pereira. O Estado de S.Paulo (17 Julho 2016)

A Competitividade do Brasil

Brasil cai para a 81ª posição em ranking decompetitividade de paísesPaís perdeu mais 6 posições em 2016 eatinge pior posição em 20 anos.Em 4 anos, Brasil caiu 33 posições em listado Fórum Econômico Mundial.

ANTES: O GRANDE DESAFIO DAS EMPRESAS ERA...

=> AUMENTO DE PRODUTIVIDADE

FAZERMAIS...

... COM MENOS

“Estamos no meio de uma crise, não podemos investir agora em

atividades não-core.”“Vamos investir apenas em projetos que tragam retorno mensurável no curto prazo.”

“Esta solução deve ser muito cara!” “Temos

sérios problemas para resolver primeiro.”

“Já temos muitos programas acontecendo, não podemos

iniciar mais um.”

“Já sabemos tudo o que vai

acontecer e se necessário, a

gente inventa!”

“Não temos recursos humanos para envolver em

iniciativas futuristas.”

Postura tradicional dos gestores (e das pessoas!!!)

Trabalho Físico

today1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18 19

20 21 22 23 24 25 26

27 28 29 30 31

Trabalho Intelectual• Menos colaboradores em áreas fabris diretas (automação, inteligência artificial etc.)

• Mais colaboradores em áreas indiretas de planejamento, design, interpretação (simulação, emulação)

• Capacitação necessária de executivos e gestores

• Formação de “CdO” (Cabeça de Operações) com novos métodos e tecnologias

• Transferência para atividades de manutenção e serviços (realidade aumentada)

• Basic Income (alguns países)

Desafio: Novo papel do Recurso Humano Desafio: Novo papel do Recurso Humano Desafio: Novo papel do Recurso Humano Desafio: Novo papel do Recurso Humano

Fases do Plano de Ação

Assessement

TECNOLOGIAS PARA INDÚSTRIA 4.0

Diagnóstico

GESTÃO DA QUALIDADE E PROCESSOS

ENGENHARIA, PESQUISA, DESENVOLVIMENTO E

INOVAÇÃO

PLANEJAMENTO ESTRATÉGICO

LOGÍSTICA E PÓS VENDA

FORNECEDORES

Next Step: sim!

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Fase 4

Fase 0

Desdobramento e Aplicações da Revolução Digital

PLANEJAMENTO ESTRATÉGICO

PESQUISA, DESENVOLVIMENTO E INOVAÇÃO

FORNECEDORES

TECNOLOGIAS PARA A EMPRESA 4.0

LOGÍSTICA E PÓS VENDA

GESTÃO DA QUALIDADE E PROCESSOS

1

2

3

4

5

6

Diagnóstico dos 6 eixos

Considerando também nas dimensões de Gestão, Pessoas, Processos, Tecnologia, Segurança, Sustentabilidade e

EMPRESAS EXPONÊNCIAIS

Estratégia

Resultado do Diagnóstico

Estratégia

Ciclo de Progressão: Maturidade, Visão e Missão

2016 20202018

Revisão da Visão e Missão

Visão e Missão X Visão e Missão X1

Aplicação do assessmet

Diagnóstico

Plano de açãoExecução

Avaliação da Maturidade

Aplicação do assessmet

Diagnóstico

Plano de açãoExecução

Avaliação da Maturidade

PARE, QUESTIONE-

SE E REFLITA PERIODICAMENTE!

MATEMÁTICA MATEMÁTICA MATEMÁTICA MATEMÁTICA INDUSTRIALINDUSTRIALINDUSTRIALINDUSTRIAL

&&&&LOGÍSTICA LOGÍSTICA LOGÍSTICA LOGÍSTICA INTELIGENTEINTELIGENTEINTELIGENTEINTELIGENTE

&&&&PESSOASPESSOASPESSOASPESSOAS

Confidencial

Matemática Industrial Matemática Industrial Matemática Industrial Matemática Industrial –––– Exemplo de Aplicação na Indústria MetalúrgicaExemplo de Aplicação na Indústria MetalúrgicaExemplo de Aplicação na Indústria MetalúrgicaExemplo de Aplicação na Indústria Metalúrgica

objetosdecapagem corte inicial

laminaçãorecozimento acabamento

corteintermediário

revestimento

metalização

corte finalitens

PROCESSO

Confidencial


Maximizar

Sujeito a:

o preenchimento de uma bobina com fitas a serem cortadas dela,

tendo em vista um custo

o preenchimento respeitar o tamanho de uma bobina

o preenchimento respeitar o tamanho de cada sub-bobina

um limite de facas para cortar sub-bobinas

um limite de facas para cortar fitas

um limite de demanda de fitas

condições matemáticas para existência de um esquema de corte

ESCOPO

Confidencial


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+ + ≤∑ ∑L1, qi N N N∈ = ∪ ∪L

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Maximizar

Sujeito a:

ESCOPO

Confidencial


A prática

Com heurísticamatemática

Com OtimizaçãoMatemática

PerdasObservação

RESULTADO

LOGÍSTICA INTELIGENTE

� 54% é transporte = R$ 366 bilhões

MercadoCustos com logística 11,5% do PIB Brasil R$ 678 bilhões

2,10% 1,90%

4,70%

8,70%

0,00%1,00%2,00%3,00%4,00%5,00%6,00%7,00%8,00%9,00%

10,00%

Armazenagem Estoque Transporte CustosLogísticos

Totais

Custos Logísticos (Transporte, Estoque e Armazenagem) em relação à Receita

Líquida das Empresas- Média -

� 67% é rodoviário = R$ 245 bilhões


PREVISTA X OTIMIZADA

Verde – rota previstaAzul – rota otimizada


INTEGRAÇÃO - PAINEL DE CARGAS

© Fraunhofer

Automation Technology

Virtual Product Creation

Corporate Management

Production Systems

Sustainable Corporate Development

Industrial AutomationTechnology

Machine Tools and Manu-facturing Technology

Industrial InformationTechnology

Quality Science

Joining TechnologyJoining and CoatingTechnology

Quality Management

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RF

PTC BerlinTwo Institutes – IPK and IWK

Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. Uhlmann

• 680 employees including employed student co-workers

• More than 90 test areas and 10 special laboratories on about 9 500 m²

• Budget of 35 million Euros

© Fraunhofer IWU

46

Arc

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HRI: Human-Robot-Integration

� hoher Anteil manueller Prozesse (ca. 70%)

� zum Teil Unterstützung durch Montage-hilfsmittel wie Balancer

ABER…

� nach wie vor ergonomisch „rote“ Arbeitsplätze

� Automatisierung vieler Prozesse sehr komplex

� „Fingerspitzengefühl“ und „Mitdenken“erforderlich

Bildmaterial: Audi, BMW, VW

Mensch Roboter Kooperation

Lösungsansatz

© Fraunhofer IWU

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Arc

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MRK at Fraunhofer IWU

MRK-Level 3 – Hand-Tracking & Objektübergabe

3

© Fraunhofer IWU

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MRK at Fraunhofer IWU

MRK-Level 4 – Hybride Regelung & Hand-Guiding

4

CPEMA FAPESP?

© Fraunhofer

Edital CPEMA – FAPESP

Centro de Pesquisa em Engenharia em Manufatura Avançada

R. Dauscha

FAPESP:

Coordenador Programas PIPE / PITE

Coordenador 4.0 / CPEMA

© Fraunhofer

• Objetivo: desenvolver tecnologias para a otimização e a flexibilização de processos fabris e de sua da cadeia de valor.

• Financiado com recursos da FAPESP, da empresa ou consórcio e das universidades e institutos participantes.

• Empresa participa da gestão do Centro e, junto com a FAPESP, avalia periodicamente suas atividades.

• A FAPESP estará nos próximos meses recebendo manifestações de empresas interessadas que, uma vez selecionadas, assinarão um Acordo de Cooperação Científica e Tecnológica, para então lançar chamadas públicas para a escolha das instituições sede dos Centros.

Centro de Pesquisa em Engenharia: Manufatura Avançada

© Fraunhofer

1. Additive Manufacturing (3D printing, hybrid manufacturing, etc.);2. Cyber-physical systems (information and communication technologies, mechatronic systems to monitor industrial process throughout the value chain);3. Communication Networks and Cybersecurity (communication technologies between equipment, products, systems and individuals); 4. Sensors and Trackers: sensing and tracking devices (like IoT, RFID and nanosensors);5. Virtualization, Modeling and Simulation (technologies that allow virtualization of product and process design and optimization);6. Digitization (hardware and software for data collection along the chain of production and its later utilization in industrial and business processes);7. Support technologies (to support processes, operations, people and equipment, including augmented reality, nanotechnology and wearables);8. Artificial Intelligence, Ubiquitous Computing, Analytics and Big Data (technologies that allow considerable automation of processes, including robots and advanced algorithms for controlling and processing information);9. New Materials and Smart Materials (including composites, light alloys, biomaterials, nanomaterials and portable devices);10. Photonics: advanced optics, lasers, displays, optoelectronics and flexible electronics.

Temas Possíveis (podem ser múltiplos):

© Fraunhofer

Fraunhofer Liaison Office Brazil, São Paulo

� Headquarter on the premises of the Brazil-Germany Chamber

Rua Verbo Divino, 1488 – 3º andar

� Head of Fraunhofer Liaison Office Brasil:

Ronald M. DauschaPhone: +55 (11) 9 8117 3954

[email protected]

http://www.brazil.fraunhofer.com/

� Administrative Assistant:

Raquel Nascimento

Phone: +55 (11) 5187-5091

[email protected]

http://www.brazil.fraunhofer.com/

Fo

to: Ju

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og

ueira

© Fraunhofer

Fraunhofer Project Center for Innovation in Advanced Manufacturing at ITA (Technological Institute of Aeronautics)

� Support the scientific, technological and economic development in Brazil

� Support the Brazilian industry with applied research and innovation projects

� Acquiring and execute joint RD&I projects with industry in Brazil, in cooperationwith ITA and the SENAI Innovation Institutes in Santa Catarina

� Focus on Advanced Manufacturing or Industrie 4.0 solutions

Strategic Objectives

� Duration of the Fraunhofer Project Center: 3 years

� Financing in Germany: Fraunhofer Headquarters and Fraunhofer IPK (€ 1 million) - Staff costs, travel costs and marketing costs

� Financing in Brazil: ITA (approx. € 1 million) - Staff costs, infrastructure and equipment

Project framework

� Technological Institute of Aeronautics – ITA

� Fraunhofer IPK

Partners

OBRIGADO 4.0!

[email protected] 20 de julho de 201720 de julho de 201720 de julho de 201720 de julho de 2017

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