Falando sobre a Indústria 4.0 e ERP
Fábricas “imprimindo” pranchas de surf com impressoras 3D; aviões sendo montados por funcionários orientados por óculos de realidade ampliada; ilhas de usinagem redirecionando fluxos de trabalho com base em decisões tomadas por sistemas locais interagindo com outros sistemas em locais. Essas e muitas outras ações já estão acontecendo no mundo inteiro, inclusive no Brasil, de forma controlada e competitiva, e elas estão sendo associadas a uma nova onda de transformação industrial que ainda está na sua fase inicial de maturidade, que é a Indústria 4.0.
Este contexto já está forçando o mundo dos ERP (e os seus ecossistemas) a se adequarem a esta nova realidade. Vamos falar sobre isso.
Olhando Um Pouco da História
A Primeira Revolução Industrial (Indústria 1.0) iniciou na Inglaterra, no final do século XVIII e início do século XIX, logo mais, outros países como França, Bélgica, Holanda, Rússia, Alemanha e Estados Unidos ingressaram nesse novo modelo de produção industrial, que foi marcado pelo uso do carvão como meio de fonte de energia e, a partir daí, desenvolveram simultaneamente a máquina a vapor e a locomotiva. Com isso, a indústria passou a ser uma boa alternativa de subsistência das pessoas, e milhares delas saíram do campo e foram para as cidades.
A Segunda Revolução Industrial (Indústria 2.0) teve o seu marco inicial em 1870, onde a Energia Elétrica passou a ser disponibilizada, junto com outras tecnologias, como o uso de motor à explosão, corantes sintéticos, a produção do aço e do alumínio em larga escala, e a adoção do telégrafo. O foco era buscar novas tecnologias a serem utilizadas para aumentar a produtividade empresarial. Também neste período, vimos em 1914 o início ao Fordismo, termo criado por Henry Ford para representar os sistemas de produção em massa e de gestão. Os países que ficaram à frente dessa revolução foram Estados Unidos, Alemanha, Japão e França, que logo se tornaram líderes globais em tecnologias.
A Terceira Revolução Industrial (Indústria 3.0) começou na década de 70 (existem muitas dúvidas sobre exatamente quando ocorreu), onde foi marcado pelo processo de inovação tecnológica com avanços no campo da informática, da robótica, das telecomunicações, dos transportes, da biotecnologia, da química fina, além da nanotecnologia. Este momento também é caracterizado por uma profunda alteração nos modos de produção adotados pelas grandes corporações no mundo, substituindo o modelo Taylorista/Fordista (produção em massa) pelo modelo Toyotista (produção flexibilizada). Outro aspecto importante é a descentralização industrial, facilitado por todo um conjunto de recursos tecnológicos e gerenciais disponíveis, gerando a base para a expansão das multinacionais, sendo decisivo para consolidar a presente fase do capitalismo e da divisão internacional do trabalho, a chamada Globalização.
A Quarta Revolução Industrial (Indústria 4.0) teve a sua definição desenhada a partir de um projeto de estratégias do governo alemão voltadas à tecnologia, iniciado em 2011. Seu fundamento básico implica que conectando máquinas, sistemas e ativos, as empresas criam redes inteligentes ao longo de toda a cadeia de valor, controlando os módulos da produção de forma autônoma. Ou seja, neste contexto, as fábricas inteligentes têm, além de outras características, a capacidade e a autonomia para agendar manutenções, prever falhas nos processos e se adaptar aos requisitos e mudanças que não foram definidas previamente.
Com base no que foi apresentado, o que podemos aprender com a História Industrial até o momento é que todas as grandes mudanças lidam com aspectos tecnológicos e/ou de gestão e que existe um grande dissincronismo nas transformações… Ainda hoje, encontramos no mundo, indústrias que representam cada uma das Revoluções Industriais comentadas. Vemos desde empresas de tecido em regiões remotas ainda usando o vapor como fonte de energia a indústrias altamente sofisticadas operando atividades complexas de produção biotecnológica. Tudo existindo ao mesmo tempo.
Entrando no Mundo da Indústria 4.0
Todas as estruturas têm “pilares de sustentação”. Isso serve para tudo, e na Indústria 4.0, os seus pilares definidos até agora são:
Capacidade de Operação em Tempo Real: consiste na aquisição e tratamento dos dados de forma praticamente instantânea, permitindo executar as tomadas de decisão muito rapidamente, no momento em que tudo está ocorrendo.
Virtualização: simulações já são utilizadas atualmente numa escala razoável, assim como sistemas supervisórios. No entanto, a Indústria 4.0 tem como premissa a existência de uma cópia virtual das fábricas inteligentes. Permitindo a rastreabilidade e monitoramento remoto de todos os processos por meio dos inúmeros sensores espalhados ao longo da planta, bem como meios para desenvolver e testar digitalmente produtos que serão fisicamente produzidos.
Descentralização: as tomadas de decisões poderão ser feitas pelos sistemas cyber-físicos (sistema composto por elementos computacionais colaborativos com o intuito de controlar entidades físicas) de acordo com as necessidades da produção, em tempo real. Além disso, as máquinas não apenas receberão comandos, mas poderão fornecer informações sobre seu ciclo de trabalho. Logo, os módulos da fábrica inteligente trabalharão de forma descentralizada, porém, com uma constante troca de informações, a fim de aprimorar os processos de produção.
Modularidade: produção de acordo com a demanda, com acoplamento e desacoplamento de módulos na produção. O que oferece flexibilidade para alterar as tarefas das máquinas facilmente.
Interoperabilidade: não é somente integração de sistemas nem somente integração de redes. Não refere unicamente troca de dados entre sistemas e não contempla simplesmente definição de tecnologia: é tudo isso junto. E IIoT (Industrial Internet of Things – Internet Industrial das Coisas) e ambientes M2M (Machine to Machine – Máquinas se comunicando com outras máquinas) são os “tecidos” de sustentação desse modelo industrial, onde, tanto as máquinas quanto os produtos, passam a ter uma presença ativa na dinâmica das operações.
Carcaças mecânicas com RFID (Radio-Frequency IDentification) trocando informações com as máquinas sobre o seu status e o que deve ser feito durante a sua montagem e ajustes. Sistemas realinhando pedidos de abastecimento de máquinas automáticas de refrigerantes, e isso impactando em tempo real nas separações de materiais feitas por robôs e em toda roteirização das entregas. Todo o fluxo de produção unitária de livros impressos associados em tempo real a pedidos, com a sua movimentação, empacotamento e despacho sendo feitos com equipamentos automatizados e robôs. Tudo isso e muito mais fazem parte da Indústria 4.0.
Atuando sobre os pilares acima, existem alguns fatores tecnológicos que merecem ter um detalhamento. Sem eles, nada disso seria possível:
01) Big Data Analytics: o volume de dados estruturados e não estruturados nas operações sempre foram grandes, mas agora estão em um nível absurdamente maior, o que força a termos a necessidade de operar com uma camada de sistemas que seja capaz de lidar e analisar essas informações. Estamos falando de lidar com 5 “V”s: Volume, Variedade, Velocidade, Veracidade e Valor.
02) Computação em Nuvem: junto com os desafios de lidar com um volume enorme de informações rapidamente, vem o desafio de processar e armazenar tudo isso. A Nuvem, com a sua capacidade de processamento distribuído e bem orquestrado, aproveitando ao máximo todos os recursos dos hardwares, viabiliza isso.
03) Robôs Autônomos: robôs físicos e digitais, com a capacidade de executar processos lidando com vários fatores de complexidade, seja com o processamento codificado em sistema ou através de IA (Inteligência Artificial), garantem que esse modelo de operação possa ocorrer com boa performance e com independência.
04) Simulação em Ambiente Virtual (Gêmeo Digital): seja na operação de uma fábrica ou na simulação de uso de um determinado componente ou produto dentro de um ou mais ambientes, a capacidade de visualizar, contextualizar, simular e analisar por meios digitais que se assemelham, em muito, à realidade, fez com que diversas barreiras de custo, tempo, qualidade e produtividade despencassem.
05) Realidade Aumentada: quando saiu das ações de marketing e games e entrou no mundo empresarial, essa tecnologia trouxe novas possibilidades operacionais que muitos nem conseguiram imaginar ainda hoje tem muita gente que não consegue. A união dinâmica do digital sobre o mundo físico faz com que as operações entrem num outro patamar de execução.
06) Sistemas Ciber-Físico (CPS): é a base tecnológica que viabiliza a operacionalização dos Gêmeos Digitais e dos Robôs Autônomos. São integrações que envolvem computação, comunicação e controle através de redes e processos físicos. Elas representam a realidade do mundo físico em ambientes digitais.
07) Internet Industrial das Coisas (IIoT): a grande diferença do IIoT para o IoT está na sua aplicação. Enquanto o IoT está voltado para o varejo e a usabilidade pelos usuários finais dos produtos, o IIoT está voltado para o meio de produção, e isso leva a mudanças técnicas significativas de necessidade de performance e de estrutura coligada.
08) Cibersegurança: poucas áreas das tecnologias sofrem situações tão intensas de mudanças e de agressividade operacional como essa. Cada ponto de interação, cada camada de operação, cada instância trafegada para executar qualquer coisa tem riscos potenciais que precisam ser mitigados ou eliminados.
09) Manufatura Aditiva: muito tem se falado sobre Impressora 3D dentro da Indústria 4.0 – e isso trouxe um valor inegável -, mas essas impressoras fazem parte de um grupo de tecnologia industrial chamada de Manufatura Aditiva que já existe há décadas e que tem vários recursos muito interessantes disponíveis. Só para exemplificar, fiz o meu primeiro projeto de eletrodeposição (que é uma técnica de Manufatura Aditiva) na década de 90.
Agora estamos prontos para conversarmos sobre ERP.
E os ERP Neste Contexto?
Antes de detalharmos o assunto preciso deixar claro alguns pontos que são relevantes.
- Quando falamos de Indústria 4.0 não estamos falando somente de processos completos neste contexto: estamos apenas na fase inicial desta revolução, mas é possível prever que muitas indústrias vão ter somente parte das suas operações adotando os pilares comentados anteriormente, e podem decidir que somente uma determinada parte é relevante para a empresa no momento (ou até mesmo de forma permanente). E temos que levar isso em consideração.
- Quando falamos de ERP temos que lembrar do dissincronismo tecnológico: no Brasil temos mais de 1.500 fornecedores de ERP ofertando em torno de 2.000 sistemas (informação estimada) e o mercado deve ter alguns milhares de ERP diferentes operando no momento (de mercado, descontinuados, desenvolvidos sob encomenda e open source), com as tecnologias e arquiteturas das mais diversas possíveis. Em algum momento, vários desses ERP vão ter que interagir com ambientes da Indústria 4.0 – muitos não vão conseguir. O nome do jogo é adaptação.
- Vamos separar desejos das necessidades: nos projetos envolvendo ERP, desejos e necessidades precisam ser administrados com muita atenção. Encontramos casos que ao ver um novo conjunto de oportunidades, gestores de empresas passam a ter desejos muito além do que comporta o seu momento financeiro ou operacional, e isso cria atritos e frustrações enormes; em outros casos, por passarem por muitos momentos de “dor” durante projetos anteriores de ERP, os gestores das empresas tentam se limitar ao escopo mínimo possível, só que esse “mínimo” às vezes está abaixo do mínimo que a empresa precisa. Quando falamos de projetos de ERP que vão envolver modelos da Indústria 4.0 isso também é válido. O caminho está na dosagem certa de escopo.
- A base de conhecimento sobre ERP e sobre Indústria 4.0 ainda são muito carentes: ministro treinamentos para funcionários de todas as áreas de vários fornecedores de ERP e raramente encontro profissionais que tenham conhecimento abrangente sobre tudo que está envolvido no seu mundo profissional. Apesar de vir de uma evolução tecnológica de várias pontas de conhecimento, os conhecimentos sobre a Indústria 4.0 ainda precisam ser muito amadurecidos – e estão sendo. Lidar com a combinação da falta de conhecimento sobre esses dois temas (ERP e Indústria 4.0) é um grande desafio.
Agora podemos conversar sobre ERP de forma mais direta. Vamos trabalhar em pontos específicos dos ERP:
01) Sensores e Atuadores
Uma das características da Indústria 4.0 é a grande quantidade de sensores e de atuadores (onde podemos englobar desde equipamentos simples até robôs efetuando operações complexas) no ambiente, e esses equipamentos recebem, tratam e enviam um volume significativo de informações para outros equipamentos e para os ERP.
A estrutura mais comum que encontramos é ver estes equipamentos ligados a sistemas repositórios e controladores e os mesmos sendo ligados aos ERP (diretamente ou através de um MES – Manufacturing Execution System). Entretanto, as estruturas estão mudando, necessitando trafegar muitos dados rapidamente, e com isso os equipamentos estão ganhando autonomia com controles distribuídos, interagindo entre si e com os ERP.
Desafios para os ERP: velocidade dos dados que são trafegados; capacidade de administrar e mitigar problemas de qualidade dos dados.
02) Comunicação Entre Sistemas
Neste ambiente, vemos composições complexas de sistemas embarcados nos equipamentos, sistemas especialistas e até mesmo sistemas dentro de produtos interagindo entre si e com os ERP. Qual solução de comunicação para isso? Estamos falando de protocolos diversos de Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, IPv6, e todas as demais tecnologias de comunicação existentes e que ainda estão por vir sendo combinadas em ambientes críticos.
Desafios Para os ERP: definir, implementar, monitorar e ajustar uma estrutura de comunicação que mantenha os requisitos mínimos de operação, que, para o mundo dos ERP, não são tão “mínimos” assim.
03) A Renovação da Função CAM (Computer Aided Manufacturing)
O mundo industrial já lida há décadas com as ferramentas CAM para agilizar a programação e execução de processos industriais, mas neste novo contexto, com ações complexas acontecendo, tomadas de decisão sendo realizadas por sistemas distribuídos e grande facilidade para “dar vida” aos processos industriais, todos os recursos de CAM precisam ser reinventados, e, consequentemente, as interações com os ERP/MES precisam ser ajustadas.
Desafios para os ERP: estruturas mais completas e dinâmicas de roteiro de processos industriais; interações mais complexas no monitoramento e no controle do chão de fábrica; adequação facilitada dos processos conforme as decisões tomadas de forma automática.
04) As Tomadas de Decisão
Como comentei anteriormente, a descentralização das tomadas de decisão nas operações industriais, sendo feitas em grande parte por vários sistemas, vão demandar processos diferentes de monitoramento e controle da produção. Como fazer isso? Reinventando os recursos que temos hoje em dia.
Desafios para os ERP: ter recursos para monitorar e interagir com as tomadas de decisão distribuídas; ter recursos de apoio às tomadas de decisão que agreguem valor aos possíveis cenários industriais; ter meios de fazer simulações ágeis de decisões.
05) A Dinâmica da Ordem de Produção
Há muito tempo, as indústrias buscam meios para colher e administrar facilmente tudo que ocorre na produção, sempre associando os fatos às Ordens de Produção (OP) cabíveis. As decisões neste sentido passam por uma análise de custo-benefícios dessas informações e do momento que seriam colhidas e disponibilizadas.
Com alto nível de automação dos processos e com a capacidade de reconhecimento automático dos materiais envolvidos, os custos caíram e os benefícios aumentaram.
Desafios para os ERP: ter a capacidade de administrar informações com maior granularidade sobre a produção; ter a velocidade necessária para analisar de forma útil as informações trabalhadas nas OP e aplicar os resultados disso nas operações.
06) A Dinâmica do Planejamento/Programação de Produção
Vivemos numa certa “zona de conforto” quando falamos de planejamento e programação da produção. Vemos todos os dias fábricas usando desde planejamentos simples em planilhas eletrônicas, passando por ações visuais com cartões Kanban orientando e ditando o ritmo da produção, a ações mais abrangentes usando ferramentas de MRPII (Manufacturing Resource Planning) e APS (Advanced Planning Schedule). Isso já é conhecido e, mesmo com grandes falhas operacionais, temos meios para implantá-los com um bom grau de sucesso. Já no cenário de uma Indústria 4.0 as coisas vão precisar mudar.
Desafios para os ERP: ter estruturas de planejamento e programação da produção que sejam capazes de lidar previamente com todas as possíveis variações na produção; sair do estágio atual (conhecido) para um modelo mais dinâmico e com fatores caóticos interferindo no planejamento.
07) A Dinâmica da Administração dos Materiais
Materiais com identificação por código de barras, QR Code e RFID já existem há um bom tempo, mas algumas dessas tecnologias (principalmente o RFID) ainda não estão tão popularizadas assim e a grande maioria das indústrias não sabem explorar na sua gestão este recurso como deveria/poderia.
A Indústria 4.0 vai gerar muitas novas demandas de administração de materiais em todos os pontos da cadeia de suprimentos.
Desafios para os ERP: ter mais recursos para evitar as falhas de acuracidade no estoque; trabalhar melhor as dinâmicas de materiais em todas as etapas da logística industrial.
08) Precisamos destacar os “MES” Neste Cenário
Esse é um sistema especialista que nasceu para fazer as funções que estamos enfatizando na Indústria 4.0. Ele existe há décadas e apesar de muitos serem bons, a maioria foi estruturada para lidar com operações usando tecnologias mais rudimentares.
Não tenho a menor dúvida de que os MES terão o papel de protagonista nesta transformação com a operação com os ERP de mercado. Tudo vai depender de uma boa normalização de dados dos sistemas e um bom processo de implantação.
Desafios para os ERP: trabalhar as suas estruturas (tecnologias, processos e aplicações de regras de negócio) para lidar com MES estruturado para a Indústria 4.0.
Que é certo que novos ventos estão chegando para o mundo industrial isto ninguém pode negar, mas ainda é uma grande dúvida qual desenho de Indústria 4.0 vai ser o nosso padrão nas próximas décadas – na realidade, não sabemos nem se teremos modelos a serem seguidos.
O que eu posso afirmar, com pouca margem de erro, é que os desafios propostos neste artigo merecem atenção AGORA dos fornecedores de ERP e que todas as empresas industriais ou ligadas a elas que planejam ter algum grau de evolução para este novo modelo (que mesmo estando há mais de 10 anos sendo trabalhado, ainda está com a sua identidade sendo construída), precisam pensar nas adequações que vão passar.
Tudo está acontecendo numa velocidade assustadora e quando menos esperamos acabamos ficando para trás na busca pela competitividade.
Que venha logo este mundo novo!!! Ops, ele já chegou!!!
Mãos e Mentes à obra.
Mauro Oliveira
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