Indústria autônoma – porque não é tão simples?

Indústria autônoma – porque não é tão simples?

Introdução 

A partir da consolidação da automação nas indústrias (terceira revolução industrial), hoje vemos um novo movimento que traz para esse meio a inteligência artificial, Internet das Coisas (IIoT), computação em nuvem, entre outros. A quarta revolução industrial está dando seus primeiros passos, mas logo será tão essencial quanto as anteriores. Todas essas tecnologias têm um direcionamento: a indústria autônoma. 

Enquanto o carro autônomo aparenta estar prestes a se tornar uma realidadeo desenvolvimento da indústria autônoma ainda engatinha. Fato é que o mesmo interesse existe para os dois casos, mas a automação na indústria é muito mais complexa. 

Neste texto, abordamos os benefícios, as dificuldades e o atual estado do desenvolvimento da indústria autônoma no meio industrial.  

Primeiramente, o que é um sistema autônomo? 

Sistemas que [sem intervenção manual/humana] podem mudar seu comportamento em respostas a eventos imprevistos durante operação são denominados “autônomos” [1]. 

Quais são seus benefícios? 

São vários os benefícios no aumento da autonomia de uma planta. Em resumomaior produção com maior qualidade, maior segurança e menor custo. Além disso são benefícios: 

  • habilidade de responder em tempo real 
  • otimização e operação do processo 24/7 
  • menor envolvimento humano em ambientes remotos ou perigosos 
  • maior previsibilidade 
  • independência de especialistas humanos 
  • melhor manuseio da crescente complexidade do sistema 
  • maior disponibilidade de equipamentos 

Os erros humanos são responsáveis por 40% dos 20 bilhões de dólares em perdas devido a paradas não programas e baixo desempenho nas indústrias de processo. Esses erros podem ser reduzidos com tecnologias autônomas. 

Dificuldades 

Quando tratamos de sistemas autônomos, exemplo mais popular devido aos últimos avanços e à divulgação na mídia é o carro autônomo. Essa tecnologia vem sendo desenvolvida por grandes centros de pesquisa no mundo e conduzida/patrocinada por gigantes da tecnologia. Mesmo com todo esse esforço, a existência de um carro 100% autônomo ainda não é uma realidade. 

Comparado com o carro autônomo, a tabela abaixo traduz a dificuldade de implementação de uma indústria autônoma. 

 

 Carro autônomo Planta autônoma 
Característica chave para a execução autônoma Condução Operação em sala de controle, operação em campo, programação de produção 
Papel humano Motorista Operador de campo, operador de sala de controle, engenheiro de processo, … 
# de tarefas Baixo: velocidade, posição na pista Alto: Dezenas a centenas, incluindo temperatura, pressão, nível, vibração 
# de artefatos Médio: ECUs (Engine Control Unit), sensores, válvulas, … Alto: controladores, válvulas, bombas, compressores, I/Os, … 
Homogeneidade Alto: qualquer motorista dirige qualquer carro Baixo: Operadores não conseguem facilmente trocar entre plantas 

 

Como visto, a complexidade da indústria é um desafio. Isso implica no desenvolvimento de soluções relacionadas a indústria autônoma. Soluções geralmente resolvem problemas específicos e necessitam de configuração e customização mesmo para problemas similares em diferentes plantas. 

Fato é que tanto o carro autônomo quanto a planta autônoma precisam lidar com entradas pouco estruturadas e agir dentro de um amplo conjunto de possibilidades. No caso do carro, por exemplo, o algoritmo precisa reagir a qualquer tipo de veículoações de pedestres, condições de pista e de clima, comportamentos, objetos e eventos estranhos que o programa tende a não antecipar. 

Esse é um grande problema para tecnologias de inteligência artificial  amplamente utilizadas em tecnologias autônomas. A tecnologia não é capaz de retornar ações seguras para situações diferentes àquelas encontradas durante o treinamento. Outro problema desse tipo de tecnologia é que essa apresenta modelos caixa-preta, sendo impossível analisar seus comportamentos. 

Estado atual 

Embora uma planta 100% autônoma seja uma improvável alternativa no futuro próximoas tecnologias habilitadoras da indústria 4.0 acabam sendo uma alternativa e possível transição para a indústria autônoma. Entre elas estão a internet das coisas, big data, computação em nuvem, robótica avançada, inteligência artificial, novos materiais e novas tecnologias de manufatura aditiva (impressão 3D) e manufatura híbrida (funções aditivas e de usinagem em uma mesma máquina). 

A McKinsey estima que, até 2025, os processos relacionados à Indústria 4.0 poderão reduzir custos de manutenção de equipamentos entre 10% e 40%, reduzir o consumo de energia entre 10% e 20% e aumentar a eficiência do trabalho entre 10% e 25% [2].  

Os números comprovam a importância que terá o uso das tecnologias da Indústria 4.0. Essas tecnologias serão tão essenciais quanto o uso de máquinas (primeira revolução), eletricidade e linhas de produção (segunda revolução) e automação (terceira revolução). 

Conclusões 

Tornar a indústria autônoma significará a contínua e lenta transferência de tarefas de humanos para as máquinas. Assim como nos últimos 40 anos um grande número de plantas tem sido automatizado, a autonomia é o próximo passo. 

complexidade na operação de uma planta é evidente. Quando comparamos com a condução de um carro, podemos resumir a complexidade em uma frase: 

Uma criança de 10 anos aprende a dirigir um carro, mas não aprende a operar uma planta. 

Assim, temos certeza que uma planta 100% autônoma não será possível para os próximos poucos anos. Ao mesmo tempo, indústrias devem adotar tecnologias no segmento para usufruir de seus benefícios e manter a competitividade no mercado. 

Referências 

Esse artigo foi baseado na leitura feita em GAMER, Thomas et al. The Autonomous Industrial Plant-Future of Process EngineeringOperations and MaintenanceIFAC-PapersOnLine, v. 52, n. 1, p. 454-460, 2019. 

[1] David P. Watson, David H. Scheidt: Autonomous Systems, Johns Hopkins Applied Physics LaboratoryTechnical Digest, vol. 26, no. 4, 2005. 

[2] Confederação Nacional da Indústria. Desafios para a Indústria 4.0 no Brasil.  

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