A próxima grande ideia na linha de produção é a molécula?

10 Minutos de leitura 27 mai 2019
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Com o surgimento da Indústria 4.0, o desafio para as empresas será gerenciar a convergência dos sistemas digitais com os físicos, e para os CEOs, saber onde e como investir.

O mundo da manufatura está atualmente passando por uma transformação—comumente chamada de Indústria 4.0. Nessa transformação, a posição padrão para muitos executivos da suíte C tem sido investir em tecnologias da Indústria 4.0, como inteligência artificial (IA), internet das coisas industrial (IIoT), impressão 3D e plataformas baseadas em nuvem. A expectativa de que os gastos com tecnologias de fabricação inteligentes aumentem em cerca de US$ 300 bilhões (12% CAGR) até 2023 é reflexo desse fato. No entanto, o desafio para as empresas será gerir a convergência destes sistemas digitais com os físicos, e para os CEOs, é saber onde e como investir.

As fábricas ficam mais inteligentes

A ideia de que uma "fábrica inteligente" pode ser alcançada simplesmente através da adição de AI e outras ferramentas avançadas é simplista. As empresas transformadoras não estão a começar do zero. Eles gastaram bilhões nas últimas décadas implementando metodologias ágeis, gerenciamento de recursos empresariais (ERP) e outros tipos de sistemas de TI para melhorar os fluxos de processos, melhorar a visibilidade e tornar a produção sob demanda viável e lucrativa. No entanto, muitos fabricantes não conseguiram aproveitar plenamente os benefícios desses investimentos e, embora a tecnologia seja uma avenida tentadora na busca da próxima descoberta de desempenho, ela pode não abordar as questões fundamentais que têm impedido a otimização até agora.

Parte do desafio é que os líderes empresariais e operacionais são isolados uns dos outros. Eles não falam a mesma língua. Eles operam dentro de diferentes ecossistemas de fornecedores. A nível estratégico, o serviço C-suite recebe aconselhamento de consultores e outras empresas de serviços profissionais. Os líderes operacionais lidam com fornecedores de tecnologia industrial e suas recomendações. Os impasses relacionados ao desempenho da Indústria 3.0 devem ser corrigidos para colocar as empresas de manufatura na melhor posição para construir os roteiros e camadas da Indústria 4.0 em soluções de tecnologia inteligente.

Com os elementos fundamentais corretos, as soluções de tecnologia 4.0 da Indústria sem dúvida ajudarão as fábricas e as cadeias de suprimentos a se tornarem mais inteligentes, proporcionando maior visibilidade operacional, bem como o poder de prever problemas e controle de efeitos. As comunicações celulares sem fio de quinta geração (5G) que utilizam tecnologia de ponta liberarão dispositivos e sensores da IIoT para servir como meio de captura de fluxos de dados críticos entre ativos de fabricação — novos e antigos — em uma escala muito maior. Os dados gerados pelo ecossistema da IIoT serão rapidamente processados pela AI, gerando insights agora operacionalizados pela automação robótica de processos (RPA). A criação de gêmeos digitais —representações de software de fábricas físicas ou outros ativos —facilitará a simulação, monitorização, teste e modelação de dados num ambiente virtual para melhorar consideravelmente os KPIs do mundo real.

Nossa visão é que a indústria 4.0 tem a ver com tornar as fábricas verdadeiramente mais inteligentes, não apenas digitalizando-as. E as pessoas podem ser o fator mais importante nesta transformação. As tecnologias da indústria 4.0, somadas aos já altamente produtivos investimentos em equipamentos legados, permitem que os operadores e os equipamentos tenham um desempenho cada vez maior — isso é excelência de fabricação.
Andrew Caveney
EY EMEIA Advisory Markets and Solutions Leader da EY EMEIA

O uso de processos de fabricação enxutos e outros ainda são importantes blocos de construção para a Indústria 4.0. Estudos têm mostrado que mais sinergias são capturadas a um custo menor  quando os programas de manufatura lean e as iniciativas da Indústria 4.0 são implementadas holisticamente, ao contrário de forma independente ou sequencial. Fortes formas padrão de trabalho ainda serão fatores críticos de sucesso, juntamente com o empoderamento e aprimoramento da força de trabalho. Empresas de manufatura bem-sucedidas podem ser aquelas que se engajam de forma transparente com suas forças de trabalho como parte da jornada da Indústria 4.0. Uma pesquisa global recente relata que quase dois terços dos funcionários recebem IA  se ela eliminar tarefas tediosas e melhorar a tomada de decisões, mas três em cada cinco empregadores ainda não discutiram as implicações da IA com seus funcionários. Serão inevitavelmente necessárias novas competências, mas as ferramentas da Indústria 4.0 (por exemplo, a utilização da realidade aumentada para ajudar um operador a efetuar reparações à distância) também podem aumentar a produtividade e a contribuição dos trabalhadores existentes.

Perguntas para a suite C
  1. Que problemas específicos de negócios os seus investimentos em tecnologia 4.0 podem ajudar a resolver?
  2. Quão integrados estão os aspectos estratégicos e operacionais do seu negócio?
  3. Como você atrairá novos tipos de talentos e, ao mesmo tempo, envolverá sua força de trabalho atual em requalificação e aperfeiçoamento para atender às necessidades futuras?

A produção torna-se mais distribuída

As tecnologias digitais permitem que o modelo tradicional, centralizado e de produção em massa seja completamente reestruturado para permitir um modelo mais distribuído. Enquanto o modelo de fabricação tradicional se concentrava na produção em massa em locais de baixo custo para reduzir o custo do produto e obter vantagens de arbitragem de mão-de-obra, um modelo distribuído se baseia em capacidades de produção menores, flexíveis e escaláveis trabalhando em uma rede conectada digitalmente. Este modelo reduz o comprimento, a complexidade e o custo das cadeias de fornecimento, e permite uma rápida personalização do produto e uma maior capacidade de resposta do mercado local.

A impressão 3D não substituirá a produção em massa clássica onde ainda faz sentido do ponto de vista do volume e do custo, mas será extremamente útil no redesenho de peças para funcionalidade adicional ou na integração de um antigo conjunto de peças numa peça mais complexa para que não seja necessária uma montagem adicional, bem como na promoção de aplicações feitas por medida.
Frank Thewhisen
EY Global Additive Manufacturing Leader

A impressão 3D está no centro da produção distribuída. A gama de materiais imprimíveis em 3D continua a expandir-se para além dos plásticos, incluindo metais, resinas e cerâmicas. Quando comparados com os processos tradicionais de moldagem, usinagem e fundição, as geometrias mais complexas podem ser obtidas. Embora as técnicas aditivas sejam amplamente utilizadas para prototipagem, uma pesquisa de 2019 relata que mais fabricantes começaram a usar a impressão 3D para tiragens de produção em escala real. A capacidade de imprimir a partir de ficheiros eletrônicos deu origem a novos modelos de negócio de fabrico como serviço (MaaS), permitindo aos fabricantes ganhar flexibilidade operacional e reduzir os custos de propriedade através da utilização de serviços de impressão 3D a pedido.

A impressão 3D não suplantará as técnicas de fabricação antigas e comprovadas, mas se tornará uma ferramenta cada vez mais importante ao lado dos recursos de fabricação subtrativa tradicional. Uma maior personalização do produto para refletir a evolução da demanda do consumidor, menores custos de inventário e logística, produção mais próxima da necessidade e prazos de entrega mais curtos são apenas alguns dos benefícios que um ambiente de produção mais distribuído oferece.

Perguntas para a suite C
  1. Como você está aproveitando a impressão 3D em um modelo mais distribuído para melhorar sua inovação, desenvolvimento de produtos, relacionamento com clientes e velocidade de lançamento no mercado?
  2. Como é que as pequenas empresas de impressão 3D podem competir consigo usando diferentes modelos de negócio e bases de activos mais leves?
  3. Como você está protegendo sua propriedade intelectual digital (IP) à medida que os recursos de impressão 3D se tornam cada vez mais democratizados?

Produção em direção a materiais mais limpos e muito menos resíduos

Clientes, investidores, funcionários e outras partes interessadas esperam cada vez mais que os fabricantes utilizem processos que reduzam os impactos ambientais, conservem a energia e os recursos naturais e provem ser seguros para as comunidades. E os fabricantes em todo o mundo estão investindo em práticas e produtos de produção mais sustentáveis, para substituir técnicas mais antigas que são tipicamente baseadas em física e dependentes de tecnologias de processamento de alta temperatura. Estima-se que estes investimentos mais sustentáveis valham, em conjunto, US$ 2 bilhões em economia de custos e geração de receita.

Uma revolução de materiais mais limpos faz parte da equação. Recursos abundantes, como o carbono, estão sendo projetados em nanoescala para criar novos materiais, como o grafeno, que pode ser substituído por metais escassos e caros. Aeronaves super leves feitas com grafeno poderiam reduzir os custos de combustível.

O borofeno, um novo material composto por uma única camada de átomos de boro que formam várias estruturas cristalinas, tem o potencial de ser usado como material anódico para baterias de íons de lítio mais potentes, bem como funcionar como um sensor para detectar diferentes moléculas e átomos.

Os materiais ultraterrestres, alguns dos quais podem mudar ou evoluir em resposta a forças como o calor, a luz ou a eletricidade, podem prolongar a vida útil da bateria, tornar as células solares mais eficientes e dessalinizar a água. Os materiais de auto-regeneração podem prolongar a vida útil dos produtos, desviando-os do fluxo de resíduos. Com a produção de concreto contribuindo com 7% das emissões globais de dióxido de carbono, os cientistas de laboratório estão focados em manipular partículas de nanoescala ou alavancar bactérias produtoras de calcário no cimento para fazer um produto mais durável e menos intensivo em recursos.

Assista a este vídeo para saber mais sobre como a natureza pode revolucionar o que fazemos e como o fazemos.

Olhando ainda mais adiante, há algumas pesquisas promissoras que sugerem que um dia poderemos ser capazes de manipular átomos e moléculas para construir objetos maiores e mais complexos para a precisão atômica. Este é o sonho da produção molecular. Teoricamente, a produção de baixo para cima a partir de materiais naturais abundantes poderia se traduzir em zero desperdício. A um nível elevado, o conceito de fabrico molecular prevê que as moléculas se auto-organizem para formar estruturas maiores sob instruções específicas ou sugestões ambientais (auto-montagem), ou utilizando ferramentas de nanoescala que detêm, posicionam e geram moléculas (montagem posicional).

Alguns pesquisadores estão usando a auto-montagem para criar novos materiais e explorar o uso de nanorrobôs programáveis para realizar a manipulação e síntese molecular. Por exemplo, pesquisadores do Instituto Femto-ST da França construíram recentemente uma pequena casa com apenas 20 mícrons de largura (um mícron equivale a um milionésimo de metro) na extremidade de uma fibra óptica usando um sistema de fabricação nano robótico. Na Universidade de Manchester, cientistas construíram um nanobot composto de 150 átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio que podem ser programados para mover e  manipular moléculas únicas usando um pequeno braço robótico. Seus inventores antecipam que os robôs moleculares começarão a ser usados para construir moléculas e materiais em linhas de montagem em fábricas moleculares dentro de 10 a 20 anos. Esta investigação é excitante, mas não é de modo algum um dado adquirido que as primeiras descobertas funcionem à escala.

Perguntas para a suite C
  1. Como você está infundindo a produção sustentável em suas estratégias de crescimento e eficiência?
  2. Quando e como você está incorporando novas considerações sobre materiais no ciclo de desenvolvimento do produto?
  3. Como você está alavancando os gêmeos digitais para monitorar e melhorar seus processos de produção sustentável?

A revolução do fabrico

A tecnologia digital está dominando as prioridades de muitas empresas, já que a inovação constante revela novas oportunidades para melhorar o desempenho. No entanto, a revolução de fabricação na ponta dos nossos dedos só será alcançada através da otimização dos sistemas digitais, físicos e biológicos trabalhando juntos. Com a pesquisa de ponta liderando o caminho, acabamos de entrar claramente em um período de mudança de vários anos para indústrias baseadas em manufatura. Mas a promessa do outro lado da disrupção é atraente. Os fabricantes, seus clientes e o meio ambiente em geral se beneficiam enormemente da alavancagem de processos de produção que são mais eficientes, mais distribuídos e infinitamente mais limpos. 

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Resumo

A interseção dos sistemas humanos, digitais e físicos está criando uma revolução no que fazemos e como fazemos. Ao ter uma visão holística de como esses ecossistemas interagem, os fabricantes criarão uma fabricação mais inteligente, mais distribuída e mais limpa, que se tornará a marca registrada da Indústria 4.0. Os líderes empresariais que adotarem esta abordagem cedo ganharão uma vantagem competitiva significativa para a sua empresa.

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