A Indústria 4.0 é uma nova geração de fábricas conectadas que envolve a interligação de equipamentos (IoT), a recolha e a análise de dados para a automação inteligente. Permite otimizar o desempenho industrial, a manutenção preditiva e a eficiência energética, ao mesmo tempo que reduz as paragens imprevistas graças à adaptação em tempo real dos processos.
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O novo desafio estratégico da indústria do futuro é a gestão da energia. Entre o aumento sustentado dos custos energéticos, os objetivos de descarbonização e a necessidade de manter uma produção fiável, num mercado cada vez mais exigente, as empresas têm de otimizar constantemente as suas instalações.
As paragens imprevistas e as perdas de eficiência energética continuam a ser fontes significativas de custos e perdas numa indústria cada vez mais focada no desempenho. Embora a digitalização dos equipamentos industriais seja frequentemente apontada como uma solução, continua por vezes a ser vista como algo complexo ou dispendioso de implementar.
No entanto, as análises geradas por computadores, software e outros servidores oferecem novas perspetivas e facilitam a tomada de medidas, nomeadamente graças ao seu poder de computação e à inteligência artificial (IA). A automatização de tarefas e a implementação de medidas corretivas permitem alcançar um rendimento ideal com um menor consumo de energia.
É isso que a Indústria 4.0 promete: oferece soluções concretas para melhorar a visibilidade, a manutenção e a eficiência energética das instalações.
O termo Indústria 4.0 foi introduzido pela primeira vez em 2011, durante a Feira de Hanôver, na Alemanha. A Indústria 4.0, considerada a quarta revolução industrial, assenta na integração das tecnologias digitais no cerne dos sistemas de produção. Caracteriza-se, nomeadamente, pela interligação dos equipamentos industriais através da Internet das Coisas Industrial (IIoT), que permite recolher e analisar em tempo real os dados provenientes das máquinas e dos sensores.
Esta abordagem baseia-se em tecnologias «ciberfísicas» que permitem a convergência entre o mundo virtual e o mundo físico, desde sistemas digitais de controlo e análise até aos equipamentos industriais. O objetivo é promover uma automatização mais inteligente das instalações, melhorar a tomada de decisões e otimizar o desempenho global das instalações industriais.
Em simples?
A Indústria 4.0 refere-se a uma nova geração de fábricas conectadas, robotizadas e inteligentes. Tem como objetivo melhorar a produtividade, a eficiência e a flexibilidade dos processos de produção.
Isso inclui a interligação de máquinas e sistemas, permitindo corrigir de forma inteligente, automática e rápida qualquer avaria sem interromper a produção.
A Indústria 4.0 assenta em vários princípios fundamentais que visam melhorar o desempenho das empresas industriais:
Uma vez recolhidas e analisadas, estas informações permitem obter uma visão mais clara do funcionamento das instalações e agir mais rapidamente, ou mesmo em tempo real.
Em última análise, a Indústria 4.0 visa tornar a fábrica mais conectada, mais transparente e mais eficiente no dia a dia.
*Interoperabilidade: designa a capacidade de diferentes sistemas, máquinas, software ou equipamentos comunicarem entre si, trocarem dados e funcionarem em conjunto, mesmo que sejam de fabricantes ou tecnologias diferentes.
Num ambiente da Indústria 4.0, a crescente interligação dos equipamentos expõe as empresas industriais a riscos de ciberataques cada vez mais complexos. A integração do IoT e das tecnologias digitais gera, de facto, volumes massivos de dados que se torna essencial recolher, analisar e proteger de forma eficaz.
Neste contexto, a proteção de dados sensíveis constitui um desafio estratégico, tanto para preservar o segredo industrial como para se proteger contra ameaças como os ataques de ransomware, que podem paralisar o processo de produção. Uma má gestão dos dados pode, assim, provocar fugas de informação, intrusões maliciosas ou perdas financeiras significativas.
Perante estes desafios, a cibersegurança industrial impõe-se hoje como uma prioridade fundamental. As empresas devem não só implementar sistemas seguros para controlar os seus fluxos de dados, mas também cumprir as normas de segurança em vigor, incluindo a realização de testes de intrusão regulares. A utilização de soluções de Data Management Platform (DMP) permite, nomeadamente, controlar melhor o acesso a informações sensíveis e monitorizar em tempo real as trocas de dados. Além disso, a formação das equipas na deteção de ameaças e na aplicação de protocolos de segurança constitui um alavanca essencial para reforçar a resiliência global das instalações.
Na intersecção entre a gestão de dados e a segurança das infraestruturas, a gestão de dados e a cibersegurança tornam-se, assim, pilares indispensáveis para garantir a continuidade das operações e o desempenho sustentável das instalações industriais.
No final do século XVIII, a invenção e a difusão da máquina a vapor marcaram o início da primeira revolução industrial (Indústria 1.0). Este período, que se estendeu até meados do século XIX, assistiu à introdução progressiva de máquinas capazes de automatizar certas tarefas e de aumentar significativamente as capacidades de produção.
Inicialmente impulsionados pelo Reino Unido, graças à exploração do carvão que alimentava as máquinas a vapor, estes grandes princípios e métodos espalharam-se rapidamente pelo resto da Europa. Em França, o desenvolvimento e a comercialização das primeiras máquinas mecanizadas, como a máquina de costura, também contribuíram para esta dinâmica e acompanharam a modernização dos processos de fabrico.
No final do século XIX, a indústria deu um novo passo com a chegada da eletricidade e o recurso a novas fontes de energia, como o petróleo e o gás. Esta segunda revolução industrial, ou Indústria 2.0, permitiu que as unidades de produção aumentassem a sua capacidade, ritmo e eficiência. Foi também nesta época que surgiram as primeiras linhas de montagem, nomeadamente na indústria automóvel com a Ford, abrindo caminho à produção em massa. A indústria mudou então de escala, com processos mais bem organizados e uma fabricação mais padronizada.
A partir da segunda metade do século XX, a indústria entra numa nova fase com o auge da eletrónica e da informática. Esta terceira revolução industrial, ou Indústria 3.0, marca o início de uma automatização mais avançada dos processos. Os sistemas automatizados, os controladores lógicos programáveis e as primeiras ferramentas informáticas permitem então ganhar em precisão, produtividade e fiabilidade. É também neste período que se desenvolvem os primeiros processos de controlo e supervisão, que irão transformar progressivamente a forma de gerir as instalações industriais.
Hoje, a indústria entra numa nova fase de transformação com o avanço das tecnologias digitais, dos equipamentos conectados e da análise de dados. Esta quarta revolução industrial, ou Indústria 4.0, assenta na interligação de máquinas, sensores e software de controlo, com o objetivo de acompanhar melhor o funcionamento das instalações em tempo real (produção inteligente).
Estes softwares permitem às empresas industriais melhorar a análise das instalações, otimizar o seu consumo energético e antecipar falhas antes que estas provoquem paragens indesejadas da produção, nomeadamente graças à aprendizagem automática, que permite a utilização de dados para a correção em tempo real. Num contexto marcado pelo aumento dos custos energéticos e pelos objetivos de descarbonização, as tecnologias da Indústria 4.0 impõem-se como uma alavanca estratégica para reforçar o desempenho e a competitividade das instalações industriais.
A Indústria 5.0 dá continuidade à transformação iniciada pela Indústria 4.0, com uma visão mais abrangente do desempenho industrial.
O princípio é claro: recolocar o ser humano no centro dos processos de produção, a par das tecnologias avançadas. Estas novas tecnologias ao serviço do ser humano estão à espera de serem integradas nesses processos de produção (inteligência artificial, computação em nuvem, big data, etc.) e as oportunidades são numerosas; nesta nova revolução industrial, o valor acrescentado será, acima de tudo, mais humano, mais resiliente e mais sustentável ao serviço da produção.
Esta evolução responde também a um desafio de resiliência industrial, ajudando as organizações a adaptarem-se melhor aos imprevistos, às mudanças do mercado e às restrições ambientais. Insere-se numa lógica de sustentabilidade e descarbonização, com uma atenção crescente à redução da pegada energética das atividades industriais.
Na prática, os princípios da economia circular assumem também um papel mais importante, com o objetivo de otimizar a utilização dos recursos e reduzir os resíduos. A energia torna-se, assim, um pilar estratégico para conciliar o desempenho industrial, a transição ecológica e a competitividade a longo prazo.[
Em muitas instalações industriais, a otimização energética continua a deparar-se com uma falta de visibilidade sobre o consumo real dos equipamentos e das linhas de produção.
Nestas circunstâncias, as anomalias são frequentemente detetadas demasiado tarde, o que leva a intervenções corretivas dispendiosas, realizadas quando a avaria ou a perda de desempenho já se verificou.
No entanto, na maioria dos casos, as informações existem. O problema é que, muitas vezes, permanecem sob a forma de dados dispersos ou não aproveitados, o que limita fortemente a sua utilidade para melhorar tanto o desempenho energético como o funcionamento global das instalações.
A instrumentação inteligente permite um controlo total do processo industrial. Ou seja: graças à medição em tempo real, as empresas industriais dispõem de uma leitura mais precisa do funcionamento dos seus equipamentos e do seu consumo energético. Esta visibilidade facilita a deteção de anomalias, quer se trate de um desvio, de uma avaria ou de uma variação no consumo. Ao trabalhar na correlação entre energia e produção, torna-se também possível compreender melhor o desempenho real dos processos, identificar pistas de melhoria concretas e transmitir automaticamente atualizações e outras correções.
Esta abordagem favorece, além disso, a manutenção preditiva, ajudando a antecipar certas avarias antes que estas afetem a produção. Por fim, a análise dos dados ao longo do tempo permite uma otimização contínua dos consumos. Por outras palavras, numa lógica da Indústria 4.0, os dados tornam-se um fator de desempenho.
A gestão do lago de Ailette, na região de Hauts-de-France, visa manter um equilíbrio hidráulico entre os afluxos a montante e as restrições a jusante, garantindo um caudal mínimo para os ecossistemas e evitando, ao mesmo tempo, transbordamentos em caso de chuvas intensas.
Historicamente, esta regulação baseava-se em ajustes manuais e em dados pouco frequentes, o que limitava a capacidade de antecipar fenómenos climáticos. Em caso de tempestade, as rápidas variações no caudal podiam acarretar riscos de inundação e afetar as atividades a jusante.
Para dar resposta a estes desafios, foi implementada uma arquitetura conectada. Medidores de caudal autónomos medem continuamente o nível do lago e os caudais dos rios. Estes dados são enviados automaticamente para uma plataforma online. Em seguida, o controlador de telegestão FBox recupera os dados através de uma API, convertendo-os e analisando-os em tempo real.
No centro do sistema, um controlador industrial PSC200 controla automaticamente uma válvula MONOVAR com base em valores de referência calculados de acordo com as condições hidráulicas. Todo o sistema é supervisionado através de uma interface tátil homem-máquina (IHM), que permite visualizar os dados, registar os eventos e ajustar os parâmetros de regulação.
Esta solução ilustra os benefícios da Indústria 4.0: dados em tempo real, interligação de equipamentos, automatização e maior resiliência face a imprevistos.
Num contexto de valorização energética, um incinerador produz vapor destinado a abastecer uma fábrica de papel vizinha. O desafio consiste em medir com precisão os fluxos produzidos, transferidos e consumidos, a fim de garantir uma faturação fiável.
A multiplicidade de pontos de medição e a dispersão das instalações complicavam o acompanhamento, com dados não centralizados e falta de visibilidade sobre os fluxos energéticos.
Foi, portanto, implementada uma arquitetura de medição conectada. Os medidores de caudal e de energia térmica ERW700 medem os fluxos de vapor e de condensados, com recolha de dados via Modbus RTU e transmissão em Modbus TCP numa rede Ethernet. O controlador de telegestão – FBox centraliza, estrutura os dados e gera ficheiros normalizados.
Estes ficheiros podem ser enviados automaticamente para plataformas externas, nomeadamente a ADEME, facilitando os trâmites regulamentares e o acesso a apoios energéticos.
O sistema integra também controladores lógicos programáveis (PLC) e interfaces homem-máquina (IHM) capazes de detetar variações em tempo real e de atualizar apenas os dados relevantes, melhorando a capacidade de resposta.
Os dados ficam então acessíveis através de uma estação de supervisão, oferecendo uma visão consolidada dos fluxos e permitindo, ao mesmo tempo, tornar a faturação mais fiável e identificar alavancas para a otimização energética.
Este projeto ilustra os benefícios da Indústria 4.0 para a valorização energética: interligação dos equipamentos, fiabilidade dos dados, automatização dos fluxos e melhoria do desempenho.
Estas transformações inscrevem-se igualmente em dinâmicas nacionais e internacionais. Em França, o plano «France 2030» prevê cerca de 54 mil milhões de euros de investimento para acelerar a digitalização da indústria, a par de iniciativas como a «Industrie du Futur», destinadas a apoiar as PME e as empresas de média dimensão. A nível europeu, programas como o “Industrie 2025” na Suíça ilustram igualmente esta vontade de reforçar a competitividade industrial através da inovação digital.
Os gémeos digitais* são réplicas virtuais de linhas de produção criadas para simular alterações sem interromper a produção real.
A transição para a Indústria 4.0 não se limita à integração de novas tecnologias. Baseia-se numa abordagem estruturada, progressiva e centrada tanto nas ferramentas como nas equipas.
Eis os passos essenciais para o sucesso desta transformação:
Hoje em dia, a fábrica 4.0 assenta numa fábrica conectada, onde equipamentos, sensores e sistemas digitais comunicam continuamente. Neste ambiente, a produção orientada por dados permite compreender melhor os processos e ajustar as operações com precisão.
O desempenho passa a ser medido de forma contínua, proporcionando uma visão clara da eficiência das linhas e de eventuais desvios. Esta análise facilita a implementação de uma gestão energética inteligente, permitindo um melhor controlo dos consumos.
Ao aproveitar estas informações, as empresas podem também antecipar anomalias e, assim, contribuir para a redução das paragens imprevistas, reforçando simultaneamente a fiabilidade global da produção.
Para dar início à sua transição para a Indústria 4.0, as empresas industriais precisam, acima de tudo, de uma melhor visibilidade das suas instalações. É precisamente nesta lógica que se inscrevem as soluções propostas pela Fuji Electric. Os sensores de pressão inteligentes, os medidores de caudal e os sensores conectados, bem como os contadores de energia, permitem medir com maior precisão os consumos, quer se trate de consumos energéticos ou de parâmetros relacionados com os processos industriais.
Estes dados podem, em seguida , ser centralizados e explorados através de interfaces HMI e soluções de supervisão, que facilitam a sua leitura e análise no dia-a-dia. Por fim, os variadores de frequência contribuem para melhorar a eficiência energética das instalações, otimizando simultaneamente o controlo dos motores industriais. Em conjunto, estas tecnologias constituem os alicerces essenciais para a construção de indústrias conectadas e de alto desempenho.
| Solução | Papel na arquitetura | Variáveis medidas / controladas | Conectividade / Integração | Protocolos / intercâmbios | Dados úteis | Casos de utilização da Indústria 4.0 | Valor criado |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sensores de pressão | Terreno / Instrumentação | Pressão, nível, densidade | 4-20 mA, integração no sistema de controlo | HART, analógico | Medidas de processo, diagnósticos básicos, alarmes | Monitorização contínua, otimização de processos, manutenção preventiva | Fiabilidade, estabilidade do processo, redução dos desvios |
| Medidores de caudal ultra-sónicos | Terreno / Instrumentação | Caudal, velocidade, energia térmica | Clamp-on ou em linha, ligação ao controlador lógico programável / supervisão | 4-20 mA, digital, Modbus | Fluxo em tempo real, consumo, tendência | Otimização energética, análises de rede, deteção de anomalias | Redução das perdas, maior eficiência energética |
| Contadores de energia | Medição / gestão de energia | Energia, potência, consumo | Rede industrial, monitorização energética | Modbus, impulsos, analógico, Modbus TCP/IP | Histórico, perfis de carga, alarmes | Gestão energética, atribuição de consumos, relatórios ESG | Redução dos custos energéticos, gestão do desempenho |
| Reguladores de potência | Controlo / ação | Temperatura, potência | Rede industrial, automação | Modbus, analógico, bus de campo | Variáveis de controlo, estados, alarmes | Regulação precisa, otimização térmica, qualidade do processo | Redução do consumo, melhoria da qualidade |
| IHM | Supervisão / interface do operador | Visualização, instruções, histórico | Ethernet, rede local, monitorização, acesso remoto VNC/VPN | Modbus TCP/IP, FTP, comunicação em rede | Registo histórico, alertas, painéis de controlo | Supervisão em tempo real, apoio à tomada de decisões, gestão local | Capacidade de resposta operacional, maior visibilidade |
| FBox | Edge / gestão remota / gateway | Recolha, conversão e tratamento de dados | Ethernet, GSM, API, ligação remota | MQTT, Modbus TCP/IP, API | Centralização, envio para a nuvem, alertas, processamento na periferia | Internet das Coisas industrial, manutenção remota, interoperabilidade entre várias instalações | Acesso remoto, redução das intervenções, valorização dos dados |
| Variadores de velocidade | Controlo / ação | Velocidade, binário, energia | Rede industrial, automação | EtherNet/IP, PROFINET ou Modbus TCP, RS485, Modbus RTU, BACnet MS/TP, Metasys N2, PROFIBUS-DP, DeviceNet, LonWorks, BACnet/IP, EtherNet/IP, PROFINET I/O, CANopen, CC-Link | Condições do motor, avarias, eficiência energética | Controlo inteligente, manutenção, otimização energética | Menor consumo, maior disponibilidade |
A integração de soluções compatíveis com a Indústria 4.0 permite às empresas industriais melhorar significativamente o desempenho das suas instalações. Como já vimos, ao proporcionar uma melhor visibilidade do funcionamento dos equipamentos, estas tecnologias oferecem benefícios concretos:
Esta abordagem permite, assim, otimizar as instalações de forma sustentável, combinando desempenho operacional e gestão energética.
A auditoria energética industrial é frequentemente o ponto de partida para um processo de melhoria eficaz. Baseia-se, em primeiro lugar, numa análise dos consumos, indispensável para compreender como a energia é realmente utilizada nas instalações. Permite, em seguida, identificar as perdas, quer se trate de consumos excessivos, desvios ou ineficiências de natureza mais estrutural. Por fim, a deteção de pontos críticos ajuda a identificar as áreas ou os equipamentos que mais pesam no desempenho energético, de modo a definir ações específicas e adaptadas às prioridades do local.
O sucesso de um projeto industrial depende frequentemente de uma abordagem desenvolvida em estreita ligação com as realidades do local. É aí que reside todo o interesse de uma abordagem de co-concepção entre a Fuji Electric e as equipas industriais. Começa pela definição de indicadores-chave, para acompanhar de forma pertinente o desempenho energético e operacional. Prossegue com a integração de soluções de instrumentação e sistemas de supervisão, para recolher, centralizar e explorar os dados provenientes dos equipamentos. Por fim, as soluções são implementadas progressivamente, o que permite adaptar as instalações existentes e garantir uma transição controlada para infraestruturas mais conectadas e eficientes.
A implementação das soluções é acompanhada por uma fase de instalação e configuração dos equipamentos, a fim de garantir a sua integração ideal nas instalações existentes. Assim que os dispositivos estiverem operacionais, a análise dos dados recolhidos permite avaliar o desempenho energético e identificar novas oportunidades de otimização. A otimização da cadeia de abastecimento através da partilha de dados em tempo real oferece uma visibilidade total sobre os stocks e a logística.
Esta abordagem insere-se numa lógica de melhoria contínua, em que a análise regular dos resultados ajuda a ajustar as configurações e a reforçar de forma sustentável a eficiência das instalações. Com esta abordagem, a Fuji Electric posiciona-se como um parceiro em eficiência energética, ao lado das empresas industriais a longo prazo.
A Indústria 4.0 refere-se à quarta revolução industrial, caracterizada pelaintegração das tecnologias digitais no cerne dos sistemas de produção. Baseia-se, nomeadamente, na interligação de máquinas, na recolha de dados em tempo real e na análise avançada do desempenho, com o objetivo de melhorar o rendimento, a fiabilidade dos equipamentos e a eficiência energética das instalações industriais.
A Indústria 4.0 corresponde a um conceito global de transformação industrial, baseado na digitalização e na exploração de dados.A fábrica 4.0 representa a sua aplicação concreta numa unidade de produção, com equipamentos conectados, interfaces de supervisão avançadas e processos orientados por dados.
A Indústria 4.0 oferece várias vantagens às empresas industriais. Permite, nomeadamente, reduzir os custos operacionais, implementar estratégias de manutenção preditiva para limitar as avarias,otimizar o consumo energético dos equipamentos emelhorar a produtividade graças a uma melhor visibilidade do desempenho das instalações. As fábricas inteligentes permitem uma produção mais flexível e personalizada, respondendo às exigências dos consumidores, ao mesmo tempo que mantêm os ganhos de rendimento.
A implementação da Indústria 4.0 começa geralmente com uma auditoria inicial, com o objetivo de identificar áreas de melhoria. Segue-se a instalação de instrumentos conectados que permitem recolher dados dos equipamentos. Estas informações podem depois ser analisadas e utilizadas para melhorar o desempenho industrial, no âmbito de uma implementação gradual adaptada às instalações existentes.
A Indústria 4.0 requer competências tecnológicas avançadas, nomeadamente em ciência de dados e gestão do IoT. Esta transição implica uma formação contínua dos colaboradores para que se adaptem às novas tecnologias.
Sim, a Indústria 4.0 também está ao alcance das PME industriais. Pode ser implementada gradualmente, dando prioridade aos pontos mais críticos, nomeadamente aos equipamentos com elevado consumo energético ou às instalações sensíveis a paragens na produção.
A automatização levanta questões éticas e sociais, nomeadamente no que diz respeito à substituição de postos de trabalho. A Indústria 4.0 deverá gerar 600 000 postos de trabalho diretos e indiretos em França até 2025. Graças à automatização de tarefas repetitivas na Indústria 4.0, os trabalhadores concentram-se em tarefas de maior valor acrescentado. Isto favorece a criação de novas profissões, tais como o cibernetista e o técnico de manutenção preditiva.
É claro que esta evolução reformula parcialmente a cadeia de produção e pode implicar perdas de postos de trabalho devido à automatização, mas também cria novas oportunidades de emprego e formação em áreas tecnológicas avançadas.
A Indústria 4.0 permite compreender e controlar melhor o consumo de energia através da recolha e análise dos dados provenientes dos equipamentos. Esta visibilidade facilita a identificação de perdas de energia e permite implementar medidas de otimização para melhorar a eficiência energética das instalações.
A Indústria 5.0 representa uma evolução do modelo industrial para uma abordagem mais sustentável e resiliente. Tem como objetivo recolocar o ser humano no centro das arquiteturas de produção, integrando simultaneamente os desafios da sustentabilidade, da descarbonização e da economia circular.
Num ambiente da Indústria 4.0, os equipamentos conectados geram constantemente grandes quantidades de informação. Para tirar o máximo partido delas, é necessário analisá-las de forma rápida e eficaz. A IA é essencial para analisar os dados recolhidos pelos objetos conectados. Permite, nomeadamente, identificar tendências, detetar anomalias ou antecipar falhas. Graças a estas capacidades, as empresas industriais podem melhorar a sua tomada de decisões, otimizar os seus processos e reforçar o desempenho global das suas instalações.
A Indústria 4.0 não se limita a uma simples evolução tecnológica. Constitui hoje um alavanca estratégica de competitividade para as empresas industriais, permitindo melhorar o desempenho operacional e energético das instalações.
Neste contexto, a energia torna-se um indicador fundamental do desempenho industrial. A combinação da digitalização dos equipamentos com a instrumentação inteligente permite às empresas compreender melhor as suas instalações, otimizar os seus consumos e reforçar a fiabilidade dos seus processos.
Ao combinar medição, análise de dados e gestão inteligente, a Fuji Electric acompanha-o na implementação da sua fábrica 4.0 e abre-lhe o caminho para um desempenho industrial sustentável.
Antonin LE MAY
Especialista em ambiente e tecnologias industriais
