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O Hospital 4.0 - A influência dos novos conceitos na gestão de ativos na Saúde
Inácio Fonseca Docente do ISEC, IPC
Investigador do CEMMPRE, FCTUC Doutor em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
José Torres Farinha PhD Engenharia Mecânica
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O Hospital 4.0 - A influência dos novos conceitos na gestão de ativos na Saúde
Inácio Fonseca Docente do ISEC, IPC
Investigador do CEMMPRE, FCTUC Doutor em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
José Torres Farinha PhD Engenharia Mecânica
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Índice
• Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Os conceitos associados
• Hospital 4.0
• Manutenção no Hospital 4.0
• Passos para implementar H4.0
• Internet das Coisas
• Conclusões
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Hospital 4.0 é uma extensão do conceito de Indústria 4.0 (4ª revolução industrial).
• Indústria 4.0 é a tendência atual da automação bem como a troca de dados em/entre tecnologias industriais.
• O termo "Industry 4.0" teve origem num projeto estratégico do governo alemão, com a objetivo de promover a informatização/computação a nível industrial.
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Inclui: – Internet of Things (Internet das Coisas)
– Cloud Computing (Computação na rede)
– Cyber-Physical Systems (mecanismos controlados ou monitorizados por algoritmos baseados em computador, e fortemente integrados com a Internet)
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• Grupos de trabalho (a nível do governo Alemão):
– WG 1 – The Smart Factory
– WG 2 – The Real Environment
– WG 3 – The Economic Environment
– WG 4 – Human Beings and Work
– WG 5 – The Technology Factor
Em Hannover a 8 de abril 2013, foi apresentado o relatório final dos Grupos de Trabalho.
Hospital 4.0 Indústria 4.0
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• Princípios importantes:
– Interoperabilidade: A capacidade de máquinas, dispositivos, sensores e pessoas se ligarem e comunicarem entre si através da Internet das Coisas (IoT – Internet of Things) ou da Internet de Pessoas (IoP – Internet of People);
– Transparência da informação: A capacidade dos sistemas de informação para criar uma cópia virtual do mundo físico, enriquecendo modelos de plantas digitais com dados de sensores. Isto requer a agregação de dados de sensores para obter informações de contexto de muito alto valor;
Hospital 4.0 Indústria 4.0
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• Princípios importantes:
– Assistência técnica: 1º - Auto-capacidade dos sistemas apoiarem os humanos através da agregação e visualização de informações compreensíveis para tomar decisões informadas e resolver problemas urgentes em curto prazo.
2º - Sistemas físicos cibernéticos apoiarem fisicamente os seres humanos através da realização de uma série de tarefas que são desagradáveis, cansativas ou inseguras para os humanos.
– Decisões descentralizadas: A capacidade dos sistemas físicos cibernéticos tomarem decisões por conta própria e desempenharem tarefas de forma tão autónoma quanto possível. Só em exceções, interferências ou objetivos conflituantes, as tarefas são delegadas para um nível superior.
Hospital 4.0 Indústria 4.0
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
Origem dos Dados
Atributos Chave
Tecnologia Chave
Atributos Chave Tecnologia Chave
Componentes Sensores Precisão Sensores inteligentes e detetores de falhas
Auto-Consciente Auto-Preditivo
Monitoramento de Desgaste e Previsão de Vida Útil Restante
Máquina Controlador Produtividade e Performance (qualidade e rendimento)
Monitoramento baseado em condições e diagnóstico
Auto-Consciente Auto-Preditivo Auto-Comparativo
Up-Time com Monitoramento Preditivo de Saúde
Sistemas de Produção
Sistema de manufatura em rede
Produtividade e EGE
Operações Eficientes: Redução de Desperdícios
Auto-Configurável Auto-Sustentável Auto-Organizável
Produtividade livre de preocupações
Fábrica Atual Fábrica Indústria 4.0
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Existem 4 componentes principais:
1) Redes • Comunicação de forma adaptada às necessidades e
descentralizada. Recurso a Cyber-Physical Systems (CPS), sistemas usados para controlar o fluxo de materiais e a produção, que permite a interação independente entre máquinas (M2M) e a interação das máquinas com as pessoas (M2H).
• Multiagent Systems (MAS) é outra ferramenta software usada para monitorizar a produção. Permite simular e tomar decisões baseando-se em restrições previamente definidas, de forma a verificar o que aconteceria na realidade caso determinada alteração fosse implementada. Bem como faculta o conhecimento prévio das consequências e possíveis correções, antes de proceder a alterações num ambiente real.
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Existem 4 componentes principais (cont):
2) Ferramentas informáticas • Utilizar as ferramentas mais adequadas, que se adaptam às
particularidades da empresa e do processo, que tenham uma boa capacidade de processamento, que permitam a leitura dos dados dos sensores e que comuniquem com toda a rede estabelecida.
• Para tratar grandes quantidades de dados é necessário recorrer a sistemas baseados no conhecimento e Big Data, ou seja, softwares de apoio à tomada de decisão baseados em modelos e simulações.
3) Inovações Tecnológicas • Recurso a inovações tecnológicas que sejam adaptáveis, portáveis
e com boa performance. Que consigam funcionar de forma independente, mas que comuniquem entre si e com os humanos, para a transmissão de dados relevantes.
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Existem 4 componentes principais (cont):
3) Inovações Tecnológicas • A sua utilização é essencial para a produção, mas também, para a
logística no que diz respeito a determinar a localização dos produtos em armazém ou, no caso, do processo produtivo saber que etapas faltam para ter o produto final e, dentro de quanto tempo este está previsto ser terminado.
4) Recursos Humanos • Cativar as pessoas que forneçam mais-valias à cadeia de valor da
empresa, para tal é necessário manter as pessoas satisfeitas e permitir a otimização das suas capacidades, é fundamental que estas tenham ao seu dispor postos de trabalho ergonómicos e adaptados às características de cada indivíduo. Ter interfaces com o software simples e de fácil compreensão para que a interpretação da informação seja inequívoca.
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Hospital 4.0 Indústria 4.0 • Aspetos positivos:
– Clima positivo na economia;
– Reorganização social: Liberta pessoas para outras tarefas;
– Sistemas automatizados, inteligentes e flexíveis;
– Aumento da competitividade;
– Informação em tempo real na Organização:
• Económica, Operacional (Produção flexível – ausência de stocks);
• Controlo de Qualidade, Controlo da Manutenção (previsão);
• Relação com fornecedores, clientes;
– Estados Europeus, através do programa H2020 ou outros, preveem injetar fundos nesta área para aumentarem a competitividade das empresas;
– Portugal injetará 4,5 mil milhões de euros na economia, 50% através de fundos comunitários (próximos 4 anos).
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Ameaças: – Reorganização social: perda de postos de trabalho de baixo
teor intelectual mas, futuramente com penetração em postos de trabalho “inteligentes”;
– Segurança dos dados / estabilidade dos serviços IT;
– Monopólio das empresas com serviços de cloud;
– Facilita a espionagem industrial e ataques “industriais” dos países onde esteja sediado o “conhecimento” a países cujas empresas se tornem demasiado competitivas;
– Perda de conhecimento das áreas de engenharia, face à facilidade de utilização da tecnologia, ficando o conhecimento complexo (baixo nível) detido por poucos!
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Hospital 4.0 Indústria 4.0
• Tendências na legislação/fiscalidade:
– UE estuda vir a criar a “pessoa eletrónica”, e introduzir o “Robot tax” para tributar os sistemas ciberfísicos, sistemas autónomos de robôs autónomos inteligentes e das suas subcategorias – de momento foi recusado pelo parlamento europeu;
– Bill Gates referiu que os robôs que substituem pessoas num determinado posto de trabalho devem pagar impostos;
– Outros, como na indústria robótica, sustentam que isso pode recriar obstáculos à inovação e tornar as empresas menos competitivas.
– …
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Os conceitos associados
(Adaptado, 2017)
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Computação Inteligente Utilização de técnicas gráficas de programação
Os conceitos associados
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Computação Inteligente RapidMiner – Data Mining, Predictive Maintenance
Os conceitos associados
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Computação Inteligente
Spagobi – Business Intelligence
Os conceitos associados
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Os conceitos associados
(Adaptado de Hoof, 2016)
Sistemas de Integração Horizontal e Vertical
• Atualmente verifica-se que a maioria dos sistemas de tecnologia da informação não estão totalmente integrados;
• Cada vez existe uma maior necessidade interna e externa de gestão
integrada, de forma a fornecer uma plataforma única na qual os colaboradores possam ter acesso a todos os sistemas que necessitam;
• Todos os sistemas podem ser independentes, mas devem estar interligados permitindo uma automação de tarefas e garantia da gestão integral da experiência do utilizador;
• Com a Indústria 4.0 as empresas e os seus parceiros serão muito mais coesos, possuindo redes de integração de dados universais que permitem que a cadeia de valor seja verdadeiramente automatizada.
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Os conceitos associados (neo4j.com, 2017)
• A Cibersegurança é um pilar fundamental para proteger todos os processos e prevenir o acesso a qualquer intruso;
• Na era 4.0, com o aumento da conectividade e o recurso a protocolos de comunicação padronizados, existe a necessidade de proteger os sistemas críticos e linhas de produção industrial de ameaças cibernéticas, que se preveem aumentar significativamente. As empresas passam a ter comunicações essenciais, seguras e fiáveis, fazendo uma gestão segura do seu sistema com acesso restrito às máquinas e utilizadores.
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Os conceitos associados
Cópia Virtual do comportamento do “sistema real” • Dentro dos pilares tecnológicos da indústria 4.0 este é considerado
como sendo o mais difícil pela sua complexidade. Não basta apenas criar simulações sobre os produtos, é também necessário simular o comportamento das máquinas, processos e até mesmo colaboradores em tempo real.
• Estas simulações irão permitir aos operadores testar e otimizar as configurações das máquinas para o próximo produto na linha de produção virtual antes de fazer qualquer mudança no mundo físico, de forma a estabelecer as suas configurações ideais.
• Os tempos de preparação das máquinas serão assim reduzidos e irá haver um aumento significativo de qualidade.
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Os conceitos associados (neo4j.com, 2017)
Fabrico Aditivo (Impressão 3D) • A Impressão 3D consiste no fabrico de peças a partir de
camadas sobrepostas de materiais, de forma a obter um modelo em três dimensões (3D) sem o auxílio de moldes ou de qualquer tipo de ferramentas.
• Com a Indústria 4.0 o fabrico aditivo passa a ser amplamente utilizado de forma a produzir pequenos lotes de produtos personalizados que oferecem vantagens de construção e desenhos complexos.
• Passam a haver sistemas de fabrico aditivo descentralizados, de alto desempenho permitindo reduzir as distâncias de transporte e a quantidade de stocks necessários.
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Os conceitos associados
Robôs Autónomos
• É bastante comum proceder à utilização de robots, por parte das indústrias, para lidar com as tarefas mais complexas.
• Os robots autónomos incorporaram novas capacidades de trabalho sem a necessidade de um supervisor humano e, são capazes de trabalhar de forma a automatizar e coordenar uma série de tarefas logísticas e de produção.
• A produção torna-se mais autónoma e flexível, uma
vez que os robots estarão aptos para trabalhar lado a lado com os seres humanos, com segurança e aprendendo com eles.
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Mixed Reality
Virtual
Environment
Real
Environment
Augmented
Virtuality
Augmented
Reality
Conceitos
Os conceitos associados
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1990 2015
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
1998
D. Reiners et al. “AugmentedReality for construction tasks:
Doorlock assembly”
2005 - 2007
ARMAR project
2001
G. Klinker et al. “Augmented Maintenance of powerplants:
A prototyping case study of a mobile ar system”
2008 - 2011
AVILUSplus project
2008
S. K. Ong et al. "Augmented realityapplications in manufacturing: a survey"
2004 - 2006
ARTESAS project
2006
D. Willers “Augmented Reality at Airbus"
1999 - 2003
ARVIKA project
1999
First paper aboutARToolKit [18]
1990
Boeind create the conceptof Augmented Reality
2010
MOON projectAirbus Military
2000 - 2002
STARMATE project
2012 - 2014
MARIN project
2008 - 2011
AVILUS project
2008
F. Zhou et al. “Trends in augmented reality tracking, interaction and display:
A review of ten years of ISMAR"
2003
A. Tang et al. “Comparative effectivenessof augmented reality in object assembly”
2013
P. Fite-Georgel, “Is there a realityin industrial augmented reality?”
2001 - 2004
STAR project
2004 - 2007
ULTRA project
1994
Milgram's Reality-VirtualityContinuum [12]
2009 - 2012
MANUVAR project
2004
Output from ARVIKA – The Intelligent Welding Gun
1993
KARMA project [11]
2013
X. Wang et al. “Augmented realityin built environment: Classification
and implications for future research"
1997
First AR survey [6]
2011
MiRA projectEADS group
Evolução
Os conceitos associados
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Wearable computers & Head Mounted Displays
Os conceitos associados
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Visão Artificial
• Shape-based recognition
• Point Cloud processing
Os conceitos associados
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Exemplo: Aplicação remota, com interesse para zonas menos povoadas
Os conceitos associados
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Exemplo: Integração na gestão da “condição” dos bens
Os conceitos associados
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Hospital 4.0
• Utentes: Consulta em tempo real:
– Consulta do estado de “saúde dos equipamentos”
• As manutenções
• As calibrações
• Os testes de segurança elétrica
– Consulta do resultado de exames médicos
– Consulta do tempo de espera médio para atos médicos
– Profissionais
• Tempos de descanso
• …
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Hospital 4.0
• Utentes: Interação em tempo real:
• “Quiosque” da saúde (urgência)
– Rápida indicação dos sintomas de que padece (inserção por voz, ou por interação tecnológica)
– Alertas para realizar exames de prevenção:
• Análises ao sangue
• Análises à urina
• Alertas podem depender da idade e/ou classificação da saúde do utente
• Por informação de Sensores associados ao utente
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Hospital 4.0
• Utentes: Interação em tempo real:
• Estado de “saúde dos medicamentos”
– Quem fabricou, onde e quando
– Processo de fabrico
– Transporte
– Armazenagem
– Validação inequívoca da veracidade da informação anterior
– Preços
• Confeção da comida
– Idem
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Manutenção no Hospital 4.0
• Interação em tempo real
• Equipamentos:
– Sistema de auto-diagnóstico e comunicação em tempo-real dependente de alterações do estado
– Registo automático na aplicação de manutenção
• Criação automática do equipamento (dados)
• Criação automática dos planos de manutenção em função das normas a que obedece
• Criação automática das calibrações e verificações
– Integração automática do modelo Virtual, para utilização com realidade aumentada
– Sistema automático de localização
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Manutenção no Hospital 4.0
• O futuro não longínquo:
• Definição de padrões para o efeito, que os fabricantes de equipamentos eletro-médicos adotem de forma generalizada para a vertente hospitalar;
• Integração total das aplicações:
– Definição de protocolos … de interoperação de dados entre os vários sistemas de informação;
– Adoção dos standards geridos por OSA-CBM/Mimosa ?
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Manutenção no Hospital 4.0
• Standards geridos por OSA-CBM/Mimosa:
– Aquisição de dados;
– Processamento de dados;
– Monitorizando a condição ou o estado;
– Avaliação do estado operacional / deteção e isolamento de falhas;
– Previsão / previsão de disfunção;
– Apoio à decisão / ações recomendadas para corrigir a disfunção;
– Apresentação - Interface do utilizador.
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Manutenção no Hospital 4.0
• Integração de novas tecnologias:
– Realidade Aumentada;
– Modelos 3D;
– Sistemas periciais;
– ...
The four phases of a CBR fault diagnosis system AR, AstroVAR project Cooperative robots, Universal Robots
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Passos para implementar H4.0
1. Mapear uma estratégia da indústria 4.0 - É necessário avaliar a situação digital atual, definir
metas claras, obter o compromisso da gestão de topo, priorizar as medidas que trazem mais valor ao negócio
e, certificar que essas apresentam-se alinhadas com a estratégia global da empresa. 2. Criar projetos piloto - É importante criar projetos piloto de forma a comprovar conceitos e demonstrar
o valor dos negócios. Nem todos os projetos terão sucesso, mas todos irão ajudar a aprender a abordagem de como a empresa funciona.
3. Definir as capacidades de que necessita – É necessário descrever detalhadamente as capacidades
necessárias para alcançar os objetivos pretendidos e desenvolver os planos necessários de forma a construir/adquirir essas capacidades. É importante ter estratégias para recrutar e desenvolver os funcionários certos e atrair as empresas certas com quem se deve estabelecer parcerias. O sucesso dependerá das habilidades e conhecimentos que forem implementados.
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4. Tornar-se um virtuoso na análise de dados - O sucesso depende da habilidade em desbloquear
possibilidades de dados e analisá-los de maneira criativa e eficaz, utilizando análises em tempo real de forma a adaptar os produtos aos clientes e a melhorar continuamente os processos.
5. Transformar a empresa numa empresa digital - É importante promover uma cultura digital na
qual todos os funcionários devem “pensar e agir tecnologicamente”, estar dispostos a experimentar e a aprender novas formas de operar e, adaptar os processos quotidianos em conformidade.
6. Adotar uma perspetiva de ecossistema – É imprescindível desenvolver soluções completas de
produtos e serviços para os clientes, usar parcerias. Os maiores avanços no desempenho ocorrem quando se entende ativamente o comportamento do consumidor e se consegue estabelecer um papel distintivo da empresa dentro de um ecossistema complexo de parceiros, fornecedores e clientes.
Passos para implementar H4.0
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Atividades promissoras no momento de implementar a I4.0
Passos para implementar H4.0
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Internet das Coisas
CLOUD
Thing
Pro
cessin
g
Modelo Usual
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Internet das Coisas
Software de Cloud Software de integração para
comunicação - protocolos A Thing (equipamento de recolha de
dados) (board, IoT chip, …) Backend -> processamento dos
dados
Como resolver?
Ferramentas necessárias
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Internet das Coisas
IBM Bluemix – IBM Internet of Things – Dev.Platform
Intel® IoT Gateway Technology -
Microsoft Azure IoT Suite
Telit - Telit IoT Platform
Oracle
Cisco - Cisco IoT Cloud Connect
SAP IoT – Predictive maintenance platform
Amazon IoT – AWS IoT
Cloud – serviços existentes . . .
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Internet das Coisas
Cloud – Equipamentos . . .
Há diversos fabricantes com equipamentos certificados por norma C.E. para a atividade em causa,
Por exemplo:
Fabricante Evvos
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Internet das Coisas
Cloud – Serviços open-source
KAA DSsNetwork Kura OpenIoT Zetta (nodeJS) DiveceHive VerneMQ RHioT SiteWhere, …
Requer Profissionais com competências adequadas em I4.0.
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Internet das Coisas
Cloud – Serviços instaláveis (open)
mycroft.ai • IoT integrado com software I.A., linguagem
natural, … VSCP Ubuntu Developer
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Internet das Coisas
Software de Cloud Software de integração para
comunicação - protocolos A Thing (equipamento de recolha de
dados) (board, IoT chip, …) Backend -> processamento dos
dados
Como resolver?
Ferramentas necessárias
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Internet das Coisas
Protocolos – Software comunicação
MQTT - Data protocol Protocolo de M2M – Machine to Machine
para a Internet of Things; Pode executar em aplicações mobile; µc com
poucos recursos;
Mosquitto implementa o protocolo MQTT na ferramenta eclipse utilizando JAVA.
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Internet das Coisas
Protocolos – Software comunicação
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Internet das Coisas
Protocolos – Software comunicação
Rede IoP Rede IoT
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Protocolos – Software comunicação
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Internet das Coisas
Protocolos – Software comunicação
Infrastructure (ex: 6LowPAN, IPv4/IPv6, RPL)
Identification (ex: EPC, uCode, IPv6, URIs)
Communication / Transport (ex: Wifi, Bluetooth, LPWAN)
Discovery (ex: Physical Web, mDNS, DNS-SD)
Data Protocols (ex: MQTT, CoAP, AMQP, Websocket, SOAP, REST,
Node, LWM2M)
Device Management (ex: TR-069, OMA-DM)
Semantic (ex: JSON-LD, Web Thing Model)
Multi-layer Frameworks (ex: Alljoyn, IoTivity, Weave,
Homekit)
Security (Ex: Open Trust Protocol, X.509)
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Internet das Coisas
Protocolos – Software comunicação
EnOcean - is a an energy harvesting wireless technology which works in the frequencies of 868 MHz for Europe and 315 MHz for North America. The transmit range goes up to 30 meter in buildings and up to 300 meter outdoor. Communication /Transport Protocol
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Internet das Coisas
Software de Cloud Software de integração para
comunicação - protocolos A Thing (equipamento de recolha
de dados) (board, IoT chip, …) Backend -> processamento dos
dados
Como resolver?
Ferramentas necessárias
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Internet das Coisas
The Thing
Grove Sensors - Generic Sensor for IoT hardware
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Internet das Coisas
The Thing
Arduino + FPGA
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Internet das Coisas
The Thing
Netduino Espressif Mbed Udoo Tessel Advanticsys XM1000 MicroDuino …
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Internet das Coisas
Software de Cloud Software de integração para
comunicação - protocolos A Thing (equipamento de recolha de
dados) (board, IoT chip, …) Backend -> processamento dos
dados
Como resolver?
Ferramentas necessárias
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Internet das Coisas
The Backend
Microsoft Machine Learning, Azure IoT
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Conclusões
• A indústria 4.0 está a movimentar pessoas e empresas;
• Utiliza diversas tecnologias e áreas de conhecimento;
• O avanço significativo nos sistemas embebidos e nos protocolos wireless permitiu(irá) esta realidade;
• A Inteligência Artificial, Business Intelligence serão preponderantes.