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Importância dos sensores Iot na manutenção preditiva. Diego Eduardo, Douglas Felipe, Lucas Fonseca, Matheus Cesar, Willian Jorge. diegoeduardo1973@hotmail.com, douglasolk1@gmail.com, fonseca.lucas81@gmail.com, matheus.bonutti@outlook.com, willianjorgedasilva94@gmail.com Professor orientador: Alexandre Aurélio Santos Diniz Coordenação de curso de Engenharia Mecânica Evelyne Lopes Ferreira Resumo Os sensores Iot apresentam-se como uma tecnologia inovadora para trazer benefícios maiores a manutenção preditiva. Neste trabalho obteve-se dados quantitativos e qualitativos através de estudos bibliográficos e entrevista com especialistas em conceituadas empresas de alimentos e embalagens metálicas para bebidas, no qual comprovou-se os grandes benefícios da implementação de sensores, tais como aumento do tempo médio entre as falhas do equipamento e também grandes desafios a serem superados, por exemplo, a parametrização correta dos dados. Sugere-se que este trabalho seja um incentivo a futuros trabalhos nesse campo que verdadeiramente mostra se como um grande divisor de águas para a manutenção 4.0. Palavras-chave: Sensores. Manutenção. Produção. Indústria 4.0. 1. INTRODUÇÃO Almeida (2014) destaca que, a manutenção industrial evoluiu muito nos procedimentos práticos, principalmente na gestão e no desenvolvimento dos tipos de manutenção que atendesse a cada necessidade industrial. Dentre os tipos de manutenção, a preditiva vem se destacando por ter um conceito que tem se tornado cada vez mais importante para garantir a eficiência e a produtividade de processos industriais. Ela envolve o monitoramento contínuo de equipamentos e sistemas, com o objetivo de identificar possíveis falhas antes que elas ocorram e causem paradas inesperadas na produção. Nos últimos anos, tem havido um grande avanço na tecnologia em diversos aspectos, englobando diretamente as indústrias. Com a inserção da Indústria 4.0 como impulsionadores das mudanças e inovações nesse setor (PACCHINI et al. 2020). Toda novidade é acompanhada pelas tecnologias envolvidas no contexto histórico, e atualmente a internet das Coisas (IoT) é vista como uma resposta aos desafios competitivos enfrentados pela indústria atualmente (KHAN; TUROWSKI, 2016). A partir disso, a IoT, que tem sido amplamente aplicada em várias indústrias para melhorar a eficiência e a produtividade. Nesse contexto, os sensores IoT têm sido uma das principais soluções utilizadas para monitorar e controlar as operações das indústrias. A implantação de sensores IoT nas indústrias tem se mostrado uma estratégia eficaz, pois os dados coletados são transmitidos em tempo real para a central e os aparelhos conectados através de mensagem de texto e aplicativo, o que torna mais fácil a tomada de decisão dos gestores de manutenção, através disso, quais os principais benefícios que a implementação dos sensores pode trazer para a indústria e quais as dificuldades na implementação? Este trabalho tem como objetivo estudar a importância da implantação de sensores IoT nas indústrias e analisar os benefícios que essa tecnologia pode trazer em termos de eficiência, produtividade, qualidade dos produtos, maior disponibilidade de máquina, redução de custo de manutenção, gestão proativa da manutenção. Os objetivos específicos deste estudo incluem: Identificar das principais aplicações dos sensores IoT nas indústrias. Investigar os desafios enfrentados pelas indústrias na implantação de sensores IoT. 2. DESENVOLVIMENTO 2.1 Evolução da Manutenção Conforme Santos (2019), história da manutenção acompanha o desenvolvimento técnico industrial da humanidade, no fim do século XIX, com a mecanização das indústrias e a necessidade dos primeiros reparos. Desde então, a manutenção tornou-se uma parte essencial da vida moderna e uma das principais preocupações para qualquer indústria ou organização que utilize equipamentos e instalações. Todavia, a prática da manutenção sempre existiu e consistia desde a preservação de objetos e ferramentas, até pequenos ajustes. Acrescenta ainda, que esta emergiu somente no século XVIII com a Revolução Industrial e o avanço tecnológico, visando permitir o progresso dos trabalhos industriais. (VENTURA; PLAZZI, 2017) Durante a Revolução Industrial, a manutenção tornou-se um aspecto crítico da produção em massa onde “a função manutenção emergiu na indústria, como forma de garantir a continuidade do trabalho” (COSTA, 2013). Máquinas foram introduzidas nas fábricas, onde as linhas de montagem introduzidas por Henry Ford iniciaram a demanda por sistemas de manutenção mais ágeis e eficazes, seguindo a denominada manutenção corretiva, como explicado por Costa (2013). Na década de 1950, Santos (2019) e Rodrigues (2020) explicam quem a manutenção começou a evoluir rapidamente com a introdução do conceito de manutenção preventiva onde, ao invés de esperar que um equipamento falhe, a manutenção visou a realização de tarefas regulares para evitar falhas antes que ocorram. Isso aumentou a confiabilidade dos equipamentos e reduziu os custos de manutenção. Ou seja, é possível separá-la em fases, como apontado por Rodrigues e al. (2020): A primeira fase da história da manutenção (1930-1940) foi marcada pela predominância do conserto após a ocorrência falha, ou seja, pela predominância da manutenção corretiva. A segunda fase da manutenção (1940-1970) é caracterizada pela disponibilidade crescente e pela maior vida útil dos equipamentos [...] pelas intervenções preventivas baseadas unicamente no tempo de uso [...] pelos sistemas manuais de planejamento e registro das tarefas e das ocorrências de manutenção [...] A terceira fase da manutenção (a partir de 1970) é caracterizada pelo aumento significativo da disponibilidade e confiabilidade dos equipamentos, da relação entre o custo e o benefício da manutenção, pelas intervenções nos equipamentos baseadas na análise da condição e no risco da falha, pela melhor qualidade dos produtos, etc. Nos dias atuais, a manutenção engloba o cotidiano das empresas, seja no aspecto técnico e especializado, visando manter a segurança, a confiabilidade e a eficiência das máquinas e instalações. Figura 1 – História da manutenção Fonte: (C2TI, 2019) 2.1.1 Primeira revolução industrial A Primeira Revolução Industrial ocorreu entre os séculos XVIII e XIX, na Inglaterra, e foi marcada pela substituição das ferramentas manuais por máquinas movidas a vapor. A mecanização dos processos de produção foi responsável pelo surgimento de novas indústrias, como a têxtil, e pela expansão do sistema capitalista. Segundo Hobsbawm (1984), a Revolução Industrial foi uma das maiores transformações já ocorridas na história da humanidade em um período tão curto. Durante a Primeira Revolução Industrial, a manutenção era vista como um processo corretivo, em que as máquinas eram reparadas somente após a quebra, resultando em um alto custo de reparo e tempo de inatividade. Segundo Costa (2013), as manutenções realizadas naquela época eram apenas corretivas, ou seja, os equipamentos só eram consertados após a falha, sendo essa prática ainda muito comum em empresas até os dias atuais De acordo com Moubray (2001), essa abordagem era caracterizada pela falta de planejamento, inspeções periódicas e treinamentos adequados dos funcionários, o que resultava em altos custos de reparo, perda de produtividade e aumento da taxa de acidentes. 2.1.2 Segunda Revolução Industrial A Segunda Revolução Industrial ocorreu entre os séculos XIX e XX, principalmente nos Estados Unidos, e foi marcada pela introdução de novas tecnologias, como a eletricidade, o motor a combustão interna e as linhas de montagem. A produção em massa de bens duráveis, como os automóveis, foi uma das consequências desse período. Segundo Chandler (1977), a Segunda Revolução Industrial foi marcada pela expansãoe consolidação do sistema capitalista. Assim, a manutenção começou a ser vista como uma atividade preventiva, em que os equipamentos eram inspecionados e reparados antes de falharem, reduzindo os custos de reparo e tempo de inatividade. Schwab (2016) afirma que a Segunda Revolução Industrial trouxe a manutenção preventiva como uma forma de maximizar a vida útil dos equipamentos e minimizar o tempo de inatividade. No entanto, com o passar do tempo, a manutenção evoluiu para um processo mais estratégico e preventivo, com o objetivo de maximizar a disponibilidade dos equipamentos e, consequentemente, a produtividade da empresa. 2.1.3 Terceira Revolução Industrial A Terceira Revolução Industrial ocorreu a partir dos anos 1970, com a convergência de tecnologias digitais que permitiram a comunicação instantânea e global, a manipulação de informações em grande escala e a automação dos processos produtivos. Castells (2000), explica que a Terceira Revolução Industrial é marcada pela emergência da sociedade em rede, em que a tecnologia é o principal fator de organização social. A manutenção evoluiu para a manutenção preditiva, em que as condições dos equipamentos eram monitoradas continuamente, permitindo a previsão de falhas e a realização de reparos programados. De acordo com a ITS Tecnologia (2021), “a manutenção preditiva tem como principal objetivo a redução dos custos com manutenção, aumentando a vida útil dos equipamentos e evitando a parada não programada da produção”. 2.1.4 Quarta Revolução Industrial Conhecida como quarta revolução industrial, a Indústria 4.0 nasceu na Alemanha por volta de 2012 com principal objetivo de modernizar e aumentar a competitividade da indústria alemã, com isso sistemas integrados de manufaturas deixaram de ser integrados internamente para serem integrados em sistemas com armazenamento em nuvem de dados. Esse tipo de integração melhorou o gerenciamento de dados e gerou novos modelos estratégicos de negócios. A partir disso a indústria 4.0 tornou-se uma tendencia mundial, hoje em dia algumas empresas já operam com 100% da sua produção no modelo 4.0. (ALMEIDA, 2019). A imagem a seguir ilustra as ligações entre os conceitos necessários para desenvolvimento da indústria 4.0. Figura 2 – Sistemas Ciber Físicos Fonte: (SACOMANO; GONÇALVES; BONILLA, 2018) Para atingir os objetivos almejados na indústria 4.0 e ter grandes retornos positivos, praticamente tudo dentro da indústria tem que comunicar entre si, e para que isso ocorra é necessário ter uma estrutura baseada nos 9 pilares da indústria 4.0 conforme figura 3 a seguir (QUINTINO; LUIS, 2019). Figura 3 – Pilares da Industria 4.0 Fonte: (Adaptada de elenabsl/shutterstock.com) 2.2 Big data É chamado de big data a imensa quantidade de informações que são criadas por um sistema, seja ele qual for, onde as análises são baseadas nos mínimos detalhes, quanto mais detalhadas e precisas forem as informações, melhor o resultado. Esses resultados podem ser baseados inclusive em dados não estruturados como face de rosto, música e etc. Quanto maior a quantidade de dados não estruturados maior a complexidade de análise do big data (SACOMANO; GONÇALVES; BONILLA, 2018). Figura 4 – Representação dos diversos dados gerados nos processos produtivos armazenados no Big Data Fonte: (ALMEIDA,2019) 2.3 Robótica autônoma Segundo Quintino, Silveira e Aguiar (2019 apud SCHWAB, 2018), a robótica industrial foi desenvolvida e utilizada desde o início da terceira revolução industrial, porém, somente no final desta fase e início da quarta revolução industrial a robótica ganhou inovação com a chamada robótica colaborativa onde, as pessoas e robôs trabalham juntas com total segurança, em um ambiente em que a inteligência artificial permite a troca de informações com outros equipamento e a tomada de decisões, realizando um trabalho autônomo. Com a robótica e o homem juntos, pode-se destinar funções especificas aos robôs, como funções com movimentos repetitivos, baixa ergonomia, cargas altas entre outras. Sendo assim melhoramos a saúde do homem, além de deixar a mão de obra humana focar em outras atividades que possuem maior valor (QUINTINO; SILVEIRA; AGUIAR, 2019). Figura 5 – Cobots, Robôs colaborativos Fonte: (Adaptada de elcoindustria.com.br) 2.4 IMPRESSÃO 3D A manufatura aditivada conhecida como impressão 3D, nada mais é do que a confecção de uma peça através da adição de camadas sobrepostas. Geralmente as camadas são inseridas fio a fio através do cabeçote da impressora, que por sua vez aquece o material interno e o introduz de acordo com o formato desejado, que é desenhado em um programa 3D e depois descarregado na impressora. Existem vários tipos de impressora 3D, algumas utilizam pó como matéria prima e conseguem uma resolução de até 0,001 mm na confecção. Além de poder criar produtos complexos e personalizados, na indústria a confecção 3D ajuda muito em testes com protótipos, minimizando os custos com produção dos mesmos (ALMEIRA, 2019). Figura 6 – Processo de digitalização, modelagem e impressão 3D Fonte: (Adaptada de AlexLMX/Shutterstock.com) 2.5 Simulação Com a evolução do poder computacional, também surgiram os softwares de simulação, que são programas que podem simular fielmente comportamentos de produtos, processos e até mesmo plantas industriais completas (QUINTINO; SILVEIRA; AGUIAR, 2019 apud SCHWAB, 2018). Através de algoritmos utilizados nos softwares, é possível prever pontos de fragilidade que pode gerar falhas, ou até mesmo sub dimensionamento que podem aumentam o custo na produção desnecessariamente, trazendo como benefício para indústria 4.0, agilidade, confiança e precisão. Figura 7 - Desenho 3D com simulação de esforços Fonte: (Adaptada de www.archiexpo.com) 2.6 Integração de sistemas O nome já diz tudo, esse pilar integra sistemas que compõem toda a cadeia de valor produtiva, como SAP, ERP, MES e outros, integrando fabricante, fornecedores, distribuidores e clientes, facilitando análise e tomada de decisão (QUINTINO; SILVEIRA; AGUIAR, 2019). Com essa integração e possível, agilizar os processos produtivos, diminuir armazenamento em estoque e facilitar a customização de produtos conforme demanda do consumidor final. Figura 8 – Representação da integração de sistemas Figura: (Adaptada de www.distribuidoraeficaz.com.br) 2.7 Computação em nuvem Tecnologia utilizada para armazenamento e compartilhamento de dados, onde todos as informações ali armazenadas podem ser compartilhadas a distância em tempo real. Desta forma um setor de manutenção de uma indústria por exemplo, consegue saber de todos parâmetros dos maquinários e disponibilidade de peças em outra planta a quilômetros de distância, desde que os dados estejam armazenados e liberados para acesso na nuvem, agilizando assim uma possível transferência de peças para manutenção de uma planta para outra, evitando problemas com fornecimento e desencontro de informações, agilizando todo o processo de manutenção e consequentemente melhorando o processo produtivo. Figura 9 – Representação de Computação em Nuvem Fonte:(Adaptada de ndd.tech/blog) 2.8 Internet das coisas A internet of things, em português Internet das Coisas, resume-se em conectar através da internet, objetos, máquinas, veículos entre outros, que por sua vez podem ser acessados a distância por um dispositivo móvel (MORAIS, 2018). “Na indústria de produtos e serviços, a IoT representa diversas tecnologias que anteriormente não estavam ligadas e que, agora, estão conectadas por meio de uma rede baseada em IP (internet protocol)” (ALMEIRA, 2019). A tendência da indústria 4.0, é interligartudo e todos envolvidos através da internet, desde a compra de um produto ou serviço até entrega do mesmo. Figura 10 – Ilustração de IoT na indústria Fonte:(Adaptada de fersiltec.com.br) 2.9 Cibersegurança A cada dia que passa, guardamos mais e mais informações em nuvens, ou seja, temos acesso a fotos, áudios e arquivos, porém, nem sempre eles ficam armazenados em local fixo. Exemplo disso é o Google fotos, onde as imagens registradas por celular podem ser armazenadas em nuvens e podem ser acessadas em qualquer lugar e em qualquer dispositivo, desde que possua acesso a conta do Google fotos com login e senha da conta desejada. Na indústria 4.0 não é muito diferente, as informações são armazenadas e compartilhadas por nuvens, porém, são informações muito valiosas que não podem ser compartilhadas sem permissão. É aí que a Cibersegurança entra, aumentando a segurança de sistemas ciber físicos, evitando roubos ou danos a software, vazamento de dados sigilosos entre outros. Figura 11 – Representação da Cibersegurança Fonte: (Adaptada de www.itexperts.com.br) 2.10 Realidade aumentada “A Indústria 4.0 visualiza uma enorme aplicabilidade da realidade aumentada, e interações entre o mundo real e virtual facilitarão diversos procedimentos” (QUINTINO; SILVEIRA; AGUIAR, 2019 apud SACOMANO et al., 2018). A realidade aumentada conhecida também como realidade ampliada ajuda muito no conceito de visualização. Com o auxílio de um equipamento visual, óculos, tabletes ou até mesmo celulares, é possível visualizar informações necessárias para a realização de atividades na indústria, como por exemplo, na realização de manutenção, onde é necessário um manual, imagens e procedimentos. Neste caso com o auxílio da realidade aumentada é possível visualizar todas essas informações como se estivessem “no ar”, sem a necessidade de procurara por arquivos digitais ou até mesmo manuais físicos. Isso facilita o serviço, pois não é necessário manusear monitores ou informações escritas, está tudo no seu campo visual, não sendo preciso desviar sua atenção para poder executar o serviço (SACOMANO; GONÇALVES; BONILLA, 2018). Figura 12 – Representação da realidade aumentada Fonte: (Adaptada de pollux.com.br) 2.11 Conceito e tipos de manutenção Manutenção é a ação de reparar todo ou qualquer equipamento que durante sua vida útil sofreu algum tipo de falha. Para que o equipamento volte a funcionar nas mesmas condições de trabalho, o mesmo precisa de passar por um processo chamado de manutenção, ele poder ser corretivo, preventivo ou preditivo. 2.11.1 Manutenção corretiva A manutenção corretiva é realizada após a falha de um ou mais componentes do equipamento que fazem o mesmo ser paralisado. Esse tipo de manutenção, tem o propósito de consertar o equipamento no menor tempo possível, visto que o mesmo pode ocasionar uma parada de produção, gerando prejuízos para organização, geralmente o custo com manutenções corretivas tendem a ser mais elevados, devido a urgência do conserto da máquina (o que normalmente é irrelevante comparado ao prejuízo de uma produção parada). Analisando de modo geral, visualizamos procedimentos de manutenções desde a infância, seja uma troca do pneu furado de um carro ou trocando uma lâmpada em casa, observando nesses modelos, vemos que é uma manutenção corretiva, pois o equipamento parou de funcionar e foi necessário fazer uma intervenção imediatamente para que o mesmo voltasse ao funcionamento normal (ALMEIDA, 2014). 2.11.2 Manutenção preventiva Com a chegada da industrialização, foi visto a necessidade de manter os equipamentos dentro das indústrias em ótimas condições de funcionamento, para manter a produtividade das peças fabricadas. Com isso fez se necessário a criação de um outro método de manutenção, já que naquela época havia apenas as manutenções corretivas, ou seja, só havia manutenção se o equipamento falhasse e parasse a produção. Com isso, foi criada a manutenção preventiva, que consiste em avaliar o funcionamento do equipamento em um período predeterminado evitando paradas não programadas. A preventiva só se torna eficaz quando temos dados necessários (ficha de manutenções corretivas, vida útil do componente fornecida pelo fabricante e outros) para criação do cronograma afim de decidir qual o período entre as avalições no equipamento. Além de evitar cada vez mais as paradas não programadas dentro da indústria, a manutenção preventiva também traz; o planejamento correto da quantidade de mecânicos para execução da atividade mensal, de forma que não falte colaborador mas também não sobre; compra de peças de reposição afim de manter um estoque de segurança para caso ocorra uma parada, não falte peças e prolongue ainda mais o tempo de manutenção; a satisfação do cliente, cumprindo o prazo de entrega das peças conforme acordado na aprovação do pedido; contribuindo para gestão ambiental, evitando o vazamento de fluídos contaminantes e descartes incorretos de materiais (ALMEIDA,2014). 2.11.3 Manutenção preditiva A manutenção preditiva, foi criada para conseguir reduzir as manutenções corretivas e preventivas, através de dados coletados de instrumentos de medição. Com as informações coletadas da máquina como vibração, temperatura e ruídos excessivos, podendo eliminar as desmontagens desnecessárias para inspeção como na manutenção preventiva. É importante ressaltar que a manutenção preditiva tem um custo mais elevado na implantação devido as ferramentas tecnológicas de monitoramento, mas que resulta em um custo com manutenção baixíssimo comparado a manutenção corretiva. Entre as principais vantagens sobre a manutenção preditiva está (ALMEIDA,2014) Gerenciamento dos processos de manutenção. Maior confiabilidade da máquina devido ao controle de manutenção. Maior segurança para o operador devido a confiabilidade. Maior aproveitamento da vida útil de cada componente. Controle mais assertivo das peças de reposição. Figura 13 – Comparação de custos entre os 3 tipos de manutenção Fonte: (Adaptada de tdn.totvs.com) 2.12 Sensores Iot (Internet das Coisas) Os Sensores IoT revolucionaram a forma como interagimos com o mundo ao nosso redor, oferecendo uma integração de possibilidades para coleta de dados e automação. Esses dispositivos inteligentes, conectados à Internet das Coisas (IoT), desempenham um papel fundamental na criação de ambientes inteligentes e na otimização de processos em diversos setores. Uma das principais características dos Sensores IoT é a capacidade de capturar dados em tempo real. De acordo com César Ripari, em artigo publicado na página administradores.com, a frase “Dados são o novo petróleo”, em tradução livre para a original “Data is the new oil”, foi criada por Clive Humby, um matemático londrino especializado em ciência de dados. Contudo o CEO da Mastercard, Ajay Banga, durante a Master Minds, um evento de inovação da Mastercard realizado em São Paulo em 2019 foi além, e ressaltou divergências dizendo que "A diferença é que o petróleo vai acabar um dia. Os dados, não." Em resumo, os sensores IoT e os dados gerados através deles são fundamentais na era da conectividade. Eles desempenham um papel crucial na coleta de informações, impulsionando a criação de cidades inteligentes, a automação industrial e a aplicação da inteligência artificial. A Internet das Coisas (IoT) está cada vez mais presente em nosso cotidiano, possibilitando a conexão entre objetos que usamos e a internet, o que permite coletar, analisar e utilizar uma enorme quantidade de dados em tempo real. Nesse contexto, os sensores são componentes fundamentais para a captura desses dados, sendo responsáveis pela detecção e medição de variáveis físicas, químicas e biológicas. Este elo entre sensores e as inteligências artificiais, são citadas em diversos artigose livros, como os dos exemplos abaixo: “A IoT (Internet das Coisas) pode ser definida como um sistema de dispositivos interconectados e que possuem capacidade de coleta e compartilhamento de dados de forma automática e sem a necessidade de intervenção humana direta. A IoT é composta por dispositivos como sensores, atuadores, dispositivos vestíveis, smartphones, câmeras, entre outros, que coletam dados, os transmitem para a nuvem e, a partir desses dados, podem ser tomadas decisões automatizadas e inteligente” (Ziegeldorf et al., 2014) “Os sensores são elementos fundamentais para a coleta de dados na IoT, permitindo a captura de informações sobre o ambiente físico em que estão instalados” (Gubbi et al., 2013) Segundo Marcelo de Oliveira Rosa e Alexandre Adachi “Os sensores são os principais dispositivos de entrada de dados no ambiente IoT e podem ser utilizados para coletar informações sobre o ambiente físico e os objetos conectados” Fundamentos de IoT: Do Hardware ao Cloud Computing, (p. 49). De acordo com Luis Augusto Consularo “Sensores são os olhos e ouvidos dos sistemas IoT e podem capturar informações a partir de diferentes fontes, como imagens, som, temperatura, pressão, aceleração, umidade, luminosidade e gases” Internet das Coisas: Estratégias para Empresas e Profissionais, (p. 109). “A escolha do sensor adequado para cada aplicação é fundamental para garantir a precisão e a confiabilidade dos dados coletados na IoT” (Lloret et al., 2014) De acordo com o artigo escrito por Soraya Damasio Bertoncello e publicado na página da Novus Automation, existem diversas aplicações para os sensores IOT e diversos estímulos que podem ser capturados por esses sensores. Alguns exemplos citados são: Figura 14- Sensores inteligentes Fonte: (V2COM Weg Group) Sensores de proximidade “Um dos maiores exemplos de uso deste tipo de sensor são os estacionamentos de shopping, onde uma lâmpada acima das vagas indica à distância se o espaço está ocupado por um carro ou não. Essa aplicação tem um custo baixo se comparado ao uso de câmeras ou funcionários para indicarem as vagas disponíveis. Além disso, é possível descobrir informações como a frequência de compradores, horários mais movimentados, comodidade dos motoristas em saber quantas vagas têm disponíveis naquele andar e vários benefícios comerciais, bastando o estabelecimento saber fazer o uso dos dados adquiridos.” (IoT – sensores que facilitam a vida, Soraya Damasio Bertoncello) Acelerômetros “Os nossos smartphones possuem um sensor muito curioso chamado acelerômetro, utilizado para detectar vibrações, inclinação e aceleração linear. É com esse sensor que alguns aplicativos contam nossos passos e informam a distância percorrida da nossa caminhada diária.” (IoT – sensores que facilitam a vida, Soraya Damasio Bertoncello) Sensores de Temperatura “Eles podem ajudar a controlar a temperatura de salas e casas inteiras, fazendo com que aparelhos de ar - condicionados funcionem adequadamente, economizando energia e tornando a conta de luz cada vez mais barata.” (IoT – sensores que facilitam a vida, Soraya Damasio Bertoncello) Sensores de umidade “A medida da umidade é útil em plantas para saber quando a mesma está umedecida e assim sendo nutrida para o seu crescimento. O controle pode ser dado através de uma bomba de água, acionada cada vez que o sensor detecta um decréscimo na umidade, e parando de bombear cada vez que atingir a umidade ideal. A indústria agrícola ganha muito com a utilização deste sensor na área porque cada tipo de planta poderá ser regado conforme a sua necessidade, usando a quantidade de água específica na terra tornando e essa aplicação em extremamente sustentável, obtendo mais eficiência no plantio e economia de água. Além disso, obviamente não é possível controlar a chuva, mas podemos controlar a drenagem da terra.” (IoT – sensores que facilitam a vida, Soraya Damasio Bertoncello). Para garantir a eficiência e a precisão na coleta de dados, é importante escolher sensores adequados para cada aplicação, levando em consideração fatores como a faixa de medição, a precisão, a sensibilidade, o tamanho e o custo. Além disso, é fundamental escolher protocolos de comunicação adequados para enviar os dados coletados para a nuvem ou para outros dispositivos. “A escolha do sensor adequado para cada aplicação é fundamental para garantir a precisão e a confiabilidade dos dados coletados na IoT” (Lloret et al., 2014) [...] “A arquitetura da IoT é composta por quatro camadas principais: a camada de dispositivos, a camada de conectividade, a camada de serviços e a camada de aplicação. Na camada de dispositivos, estão os sensores, atuadores e outros dispositivos que coletam dados e controlam ações. Na camada de conectividade, estão os protocolos de comunicação, como Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, entre outros, que permitem a transmissão dos dados coletados. Na camada de serviços, estão as plataformas de processamento e armazenamento de dados, que permitem a análise e a tomada de decisões a partir dos dados coletados. Na camada de aplicação, estão as aplicações que utilizam os dados coletados para fornecer serviços aos usuários” (Gubbi et al., 2013). A seguir, são desenvolvidas imagens que ilustram a variedade de aplicações dos sensores IoT: Figura 15 – Dashboard de um sensor IoT Fonte: (I3C Soluções) Figura 16 – Dashboard de um sensor IoT coletando informações de consumo de energia. Fonte: (Revista PQ Monitorización de la energía con medidores para IoT de Phoenix Contact) 3. METODOLOGIA Para atingir os objetivos propostos, este estudo utilizará uma abordagem quanti-qualitativa, por meio de estudos de caso em indústrias do ramo alimentício e embalagens metálicas para bebidas. Foram realizadas entrevistas com 1 analista de engenharia de aplicação IoT e 1 mantenedor na indústria de embalagens metálicas para bebidas para coletar informações sobre as aplicações e benefícios dos sensores IoT em seus processos. Também serão analisadas as melhores práticas de implantação e gerenciamento de sensores IoT, a fim de identificar as estratégias mais eficazes para a adoção dessa tecnologia. 4. RESULTADOS Realizamos uma pesquisa relacionada aos sensores IoT em dois seguimentos no ramo industrial, no qual a primeira entrevista foi realizada com Engenheiro de automação industrial de uma empresa terceirizada, que está realizando a implementação da tecnologia em uma indústria alimentícia, o mesmo relata que já realizou a mesma operação em outra planta matriz da mesma empresa, onde nos repassou informações sobre a atual situação em processo de implementação, além de informações já extraídas da planta matriz que serviu de exemplo para implementação atual. A segunda entrevista foi realizada com técnico mantenedor em uma indústria de embalagens metálicas para bebidas, no qual, já utilizam a tecnologia a alguns anos, sendo assim, as informações coletadas nas pesquisas trouxeram resultados concretos e almejados. Segue abaixo resultados obtidos pelas entrevistas realizadas; Perguntas Resultados Industria Alimentícia Resultado Industria Fabrica de latas Quais os principais desafios na implementação dos sensores nas indústrias? Indisponibilidade de rede WIFI para conexão dos sensores. Não tivemos dificuldade, a fábrica foi planejada com intuito da instalação dos sensores. Qual foi o tempo médio de implementação? 2 a 3 meses. De 5 a 6 meses. Quais os desafios para tornar o sensor eficiente após instalação? Parametrização dos dados coletados para estudo de modo falha. Cadastramento de sensores divergente no software. Perda de conectividade dos sensores devido a distância entre os sensores e a central. Depois da instalação a quantidade de mantenedor foi alterada? Mantida, porém o mantenedor terá maior disponibilidade para realização de outras tarefas. Sim, foi contratado mantenedor terceiro para análise e manutenção dos sensores. Tiveram aumento de técnico de automação ou alguma função específica para manuseio da tecnologia? Não, apenas capacitação e treinamento dos colaboradores que trabalham na companhia, foi suficiente para seguir com a tecnologia. Não, visto que o mesmo mantenedor contratado da empresa terceirizada tem a capacitação de operar o equipamento. Houve mudança na manutenção preventiva após a implementação dos sensores? Sim, de acordo com os dados gerados pelos sensores é possível prever falhas e realizar um planejamento de manutenção preventiva. Houve mudança na manutenção corretiva? Sim, através das análises dos dados é possível identificar um defeito antes de gerar uma quebra. Qual fabricante dos sensores? Banner. Semeq. Quais os parâmetros eles detectam? Vibração. Temperatura. A resposta dos dados captados é transmitida com rapidez ou possuí delay? Não tem delay nos dados captados. Os sensores são montados com ou sem fio? Sem fio. Se for sem fio, qual o tempo médio de duração da bateria ou pilha? 2 anos (bateria). 1 mês (pilha). Quais as principais falhas que os sensores ou software apresentam no dia a dia? Falta de comunicação. Qual o período de recepção dos dados gerados pelo sensor? A cada 5 minutos. A cada 1 minuto. Existe limite máximo de sensores para planta? Não existe, apenas número máximo para cada central. As informações dos sensores são enviadas em série, transmitindo de um sensor para outro ou em paralelo direto para o software? Direto para o software, evitando falhas de comunicação em serie. Existe proteção automática contra falhas? Tipo parada de linha automaticamente. Sim, porém fica a critério da empresa por optar por essa ação. Quais os principais benefícios após a implementação dos sensores? Melhorar o MTBF e a disponibilidade de máquinas. Confiabilidade. Maior assertividade nas preventivas. Amento de MTBF e disponibilidade de máquina. Existe mais alguma tecnologia ligada aos sensores que potencializa seus benefícios? Software com visualizações gráficas simples e diretas. Armazenamento de dados em nuvens. 4.1 Discussão dos resultados Através dos resultados obtidos na pesquisa, identificamos que apesar das indústrias serem de ramos diferentes e a tecnologia ser de fabricantes distintos os resultados são bem parecidos, comprovando assim que independentemente do ramo de implementação os resultados serão aproximados em termos de melhorias. 4.1.1 Tempo de instalação Em relação ao período de instalação, foi observado variações devido a diferença de um projeto para o outro que é divergente em vários quesitos, mas os principais estão ligados a quantidade de pontos de instalação, sendo que, quanto maior o número de sensores e o grau dificuldade de acesso aos pontos de instalação maior o tempo de implementação. É importante ressaltar que cada instalação é única e o tempo necessário pode variar, dependendo das circunstâncias especificas. 4.1.2 Benefícios após a instalação Com base nos dados coletados pelos sensores IoT, é possível implementar estratégias de manutenção preditiva. Isso significa que a manutenção pode ser realizada com base nas condições reais dos equipamentos, visto que o sensor consegue transmitir as informações em tempo real, através de aplicativos e mensagem de texto diretamente para a central e celulares cadastrados, evitando a manutenção preventiva baseada em tempo fixo ou a manutenção corretiva após a ocorrência de falhas. Deste modo é possível obter ganhos significativos no aumento de MTBF (tempo médio entre falhas), disponibilidade, confiabilidade e melhor gestão de custos de manutenção. 4.1.3 Alterações organizacionais Baseado na pesquisa realizada nas empresas alimentícias e de embalagens a instalação dos sensores IOT não significam redução no quadro de funcionários instantânea. A contratação de mão de obra especializada para lidar com os novos instrumentos fica a cargo da organização. Na indústria alimentícia a escolha foi de treinar e capacitar os colaboradores atuantes. Já na indústria de embalagens metálicas houve o aumento de colaboradores inclusos no contrato do fornecedor dos sensores. A longo prazo, conforme o planejamento de manutenção for alterado com o benefício dos sensores, os quadros de funcionários podem sofrer alterações. 4.1.4 Mudanças no PCM (Planejamento e controle de manutenções) As mudanças no planejamento e controle de manutenções após a instalação dos sensores IoT são as transições de uma abordagem baseada em intervalos de tempo fixo para uma abordagem baseada nas condições reais dos equipamentos e instalações, permitindo a implementação da manutenção preditiva e otimização dos recursos de manutenção. Isso resultado em maior eficiência, redução de custo e melhor desempenho dos equipamentos e da equipe mantenedora. 4.1.5 Fornecedores da tecnologia No mercado existem vários fornecedores e marcas pioneiras neste segmento. Prova disso é que as indústrias participantes da pesquisa, utilizam diferentes provedores desta tecnologia. A escolha do fornecedor tem influência com a especialidade no processo que será implementado os sensores. As imagens a seguir mostram as implementações dos sensores em pontos estratégicos nos equipamentos de acordo com a necessidade do parâmetro a ser detectado (vibração e/ou temperatura). Em alguns casos podem ser instalados mais de um sensor por equipamento, dependendo da complexidade do conjunto em que o mesmo está inserido. Figura 17 – Sensor instalado na Extrusora (indústria alimentícia) Fonte: Próprio Autor, 2023. Figura 18 – Sensor em motor de extrusora (indústria alimentícia) Fonte: Próprio Autor, 2023 Figura 19 – Sensor (transmissor) instalado na extrusora (indústria alimentícia) Fonte: Próprio Autor, 2023 Figura 20 – Sensor instalado em motor (indústria de embalagens metálicas para bebidas) Fonte: Próprio Autor, 2023 Figura 21 – Sensor instalado em motor (indústria de embalagens metálicas para bebidas) Fonte: Próprio Autor, 2023 4.1.6 Parâmetros detectáveis Conforme entrevistas realizadas, podemos observar que as duas indústrias optaram pelos sensores que medem apenas vibração e temperatura, segundo os entrevistados, com o cruzamento dessas informações é possível identificar inúmeras possibilidades de causa de falha. A imagem abaixo mostra o relatório sobre um alerta emitido pelo sensor de possível falha no motor, foi realizada a visita in loco e foi detectado o desalinhamento entre os eixos, foi trocado o acoplamento e alinhado os eixos, após a manutenção corretiva, os parâmetros emitidos pelos sensores voltaram a normalidade e foi evitado uma parada de produção de 6 horas futura. Figura 22 – Relatório técnico sobre dados coletos pelo sensor (indústria alimentícia - Matriz) Fonte: Relatório Técnico dos Sensores na Indústria Matriz 4.1.7 Tempo médio bateria O tempo médio da bateria em aparelhos IoT depende de vários fatores, como o tipo de sensor, intervalo de envio das informações, capacidade da bateria, taxa de transmissão de dados e consumo de energia do sensor, ou seja, a bateria pode durar de dias a anos dependendo das características específicas de cada dispositivo. Conforme entrevista, na indústria alimentícia o sensor pode durar até 2 anos, considerando uma atualização de informações de 5 em 5 minutos e envio dos dados via rede, já na indústria de embalagens metálicas para bebidas, a duração média é de 1 mês devido os sensores serem alimentados por pilha e terem uma atualização de informações a cada minuto, devido a isso o tempomédio de duração é distinto. A imagem abaixo mostra a manutenção das baterias do sensor dentro da indústria alimentícia. Figura 23 – Troca de baterias dos sensores (indústria alimentícia) Fonte: Próprio Autor, 2023 Figura 24 – Troca de baterias dos sensores (indústria alimentícia) Fonte: Próprio Autor, 2023 4.1.8 Tecnologias para potencialização dos sensores Existem vários tipos de tecnologias quem podem potencializar a eficiência dos sensores, nas indústrias que fizemos os estudos de caso são utilizadas até o momento software com visualizações gráficas simples e diretas na indústria alimentícia e armazenamento de dados em nuvem em ambas. Figura 25 – Visualização gráfica em software de celular da análise de vibração axial de um motor (indústria de embalagens metálicas) Fonte: Próprio Autor, 2023 Figura 26 – Visualização gráfica em software de smartphone da análise de vibração radial de um motor (indústria de embalagens metálicas) Fonte: Próprio Autor, 2023 Figura 27 – Visualização dos eventos ocorridos no motor através smartphone (indústria de embalagens metálicas) Fonte: Próprio Autor, 2023 4.1.9 Principais desafios na implementação Podemos observar que o nível de dificuldade na implementação da tecnologia é diferente de acordo com a indústria, isso ocorre devido a vários fatores, como: nível de conhecimento e resistência dos colaboradores mediante a novas tecnologias, disponibilidade de rede de internet eficiente, utilização de equipamentos antigos na planta, entre outros. No caso do comparativo entre as duas indústrias onde foi realizado as entrevistas notamos que a indústria no ramo alimentício possui uma estrutura e máquinas antigas que dificulta a implementação da tecnologia. Já na indústria de embalagens metálicas para bebidas, por se tratar de uma planta nova, todos os seus equipamentos e máquinas são de última geração, ou seja, toda a planta foi desenvolvida com planejamento de receber aparelhos da indústria 4.0, facilitando a implementação. 4.1.10 Desafios após instalação A eficiência do sistema depende da capacidade de interpretar os dados coletados, identificar padrões, tendências e insights relevantes, além de parametrização dos dados coletados para o estudo de modo de falha. Para alcançar essa eficiência desejada não podemos esquecer de realizar todos os cadastros de sensores correspondentes aos motores corretamente, possuir internet de qualidade com boa conexão wireless, software de qualidade, treinamento dos colaboradores envolvidos no processo, entre outros. Colocar todos esses parâmetros em sintonia não é fácil, sendo assim, torna- se um dos grandes desafios para eficiência dos sensores. 5. Conclusão Através da análise dos resultados bibliográficos e entrevistas realizadas, concluímos que a instalação dos sensores IoT trazem grande gama de benefícios para indústria, tais como: Diminuição de manutenções corretivas, evitando paradas não programadas através do Planejamento de Controle de Manutenção. Aumento de MTBF (tempo médio entre falhas), resultando em um maior intervalo entre as falhas do equipamento e consequentemente aumento de produção. Melhoria da Gestão de Manutenção, com equipamentos mais precisos e em tempo real, o setor consegue fazer um planejamento mais assertivo para manutenção dos equipamentos. Aumento da disponibilidade de máquina, ocasionando maior prontidão dos equipamentos funcionarem em plenas condições. Porém existem alguns indicadores que necessitam de análises eficazes para não serem gerenciados de maneira incorreta e prejudicar a eficiência dos sensores, tais como: Parametrização incorreta, no ato da instalação dos sensores é necessário garantir que o registro do sensor no sistema corresponda a sua respectiva localização dentro da indústria, caso seja trocado esse registro no momento da parametrização, o software irá emitir o alerta de uma possível falha do equipamento diferente daquele registrado. Disponibilidade de rede, com a alta instabilidade de rede nas regiões do Brasil, as informações podem acabar chegando atrasadas para o setor em um momento de possível falha do equipamento. Interpretação errada dos resultados, caso o mantenedor responsável pela análise dos relatórios emitidos pelo sensor não tenha absorvido todo o treinamento sobre o funcionamento e interpretação dos mesmos, o equipamento poderá falhar e até mesmo ocasionar em uma parada de linha de produção, gerando prejuízo para a organização. Sugere-se para trabalhos futuros, a coleta de dados por um longo período de tempo, para relacionar as falhas ocorridas neste período e comprovar a eficácia dos sensores a longo prazo. Além disso sugerimos o estudo de sensores IoT que detectam mais variáveis dos equipamentos e utilização de recursos disponíveis para a indústria 4.0 citados na metodologia bibliografia, com foco no aumento do tempo médio entre falhas e produtividade. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALMEIDA, Paulo Samuel de. INDÚSTRIA 4.0 - PRINCÍPIOS BÁSICOS, APLICABILIDADE E IMPLANTAÇÃO NA ÁREA INDUSTRIAL. Editora Saraiva, 2019. E-book. ISBN 9788536530451. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536530451/. Acesso em: 06 mai. 2023. ATZORI, Luigi; IERA, Antonio; MORABITO, Giacomo. The internet of things: A survey. Computer networks, v. 54, n. 15, p. 2787-2805, 2010. BERTONCELLO, Soraya Damasio (2020). Artigo: IoT – sensores que facilitam a vida. Novus produtos eletrônicos. (17/08/2020) CONSULARO, L. A. (2016). Internet das Coisas: Estratégias para Empresas e Profissionais. Évora. COSTA, Mariana de Almeida. Gestão estratégica da manutenção: uma oportunidade para melhorar o resultado operacional. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Produção). Juiz de Fora: UFJF, 2013. Evolução da manutenção: conheça essa trajetória revolucionária. Itsspmrun. Disponível em: https://itsstecnologia.com.br/blogs/evolucao-da-manutencao- conheca-mais-dessa-trajetoria-revolucionaria/. Acesso em: 25 de jun. 2023. GREGÓRIO, Gabriela F P.; SILVEIRA, Aline M. Manutenção industrial. [Digite o Local da Editora]: Grupo A, 2018. E-book. ISBN 9788595026971. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595026971/. Acesso em: 06 mai. 2023. GUBBI, J.,; BUYYA, R., MARUSIC, S., & PALANISWAMI, M. (2013). Internet of Things (IoT): A vision, architectural elements, and future directions. Future generation computer systems, 29(7), 1645-1660. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167739X13000241. Acesso em: 25 jun. 2023. JULIO, Rennan A. “Dados são o novo petróleo”, diz CEO da Mastercard – exceto por um pequeno detalhe. Disponível em: https://epocanegocios.globo.com/Empresa/noticia/2019/07/dados-sao-o-novo- petroleo-diz-ceo-da-mastercard.html. Acesso em: 25 jun. 2023. KHAN, A.; TUROWSKI, K. A perspective on Industry 4.0: from challenges to opportunities in production systems. In: Proceedings of the International Conference on Internet of Things and Big Data, 2016. p. 441-448. DOI: https://doi.org/10.5220/0005929704410448. LORET, J., SENDRA, S., Barba, I., & Garcia, M. (2014). Towards smart cities using a cloud-based architecture for Internet of Things. Computer Communications, 40, 1-13. MARQUES, G.; PITARMA, R. Uma solução econômica de supervisão da qualidade do ar para ambientes de vida aprimorados por meio da Internet das Coisas. Eletrônica, v. 8, n. 2, pág. 170, 1 fev. 2019. MASSE, R. A. C. et al. Application of IoT with haptics interface in the smart manufacturing industry. International Journal of Combinatorial Optimization Problems and Informatics, v. 10, p. 54-70, 2018. MOUBRAY, John. Manutenção Centrada em Confiabilidade. Segunda edição. Industrial Press Inc, 2001. PACCHINI, A. P. T. et al. Indústria 4.0: barreiras para implantação na indústria brasileira.Exacta, São Paulo, v. 18, n. 2, p. 278-292, 2020. QUINTINO, Luís F.; SILVEIRA, Aline Morais da; AGUIAR, Fernanda Rocha de; e outros Indústria 4.0 . [Digite o Local da Editora]: Grupo A, 2019. E-book. ISBN 9788595028531. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788595028531/. Acesso em: 06 mai. 2023. RODRIGUES, A.L. et. al. Evolução da manutenção como fator atenuante do número de acidentes no ambiente de trabalho. XL ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, Foz do Iguaçu, Paraná, 2020. SACOMANO, José B.; GONÇALVES, Rodrigo F.; BONILLA, Sílvia H. Indústria 4.0 : conceitos e fundamentos. [Digite o Local da Editora]: Editora Blucher, 2018. E-book. ISBN 9788521213710. Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521213710/. Acesso em: 06 mai. 2023. SANTOS, L.M.A. A Importância da Manutenção Industrial e Seus Indicadores. 2019. Disponível em: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-de- producao/manutencao-industrial. Acesso em: 01 de maio de 2023. RIPARI, Cesar. Porque dados são considerados o novo petróleo. Administradores.com. Disponível em: https://administradores.com.br/noticias/por- que-dados-sao-considerados-o-novo-petroleo. Acesso em: 25 jun. 2023. ROSA, M. O., & ADACHI, A. (2017). Fundamentos de IoT: Do Hardware ao Cloud Computing. Novatec Editora. VENTURA, K.M; PLAZZI, T.S. Aplicação das Ferramentas. Faculdades Integradas de Aracruz Departamento de Engenharia de Produção. 2017. ZIEGELDORF, J. H., MORCHON, O. G., & Wehrle, K. Privacy in the Internet of Things: Threats and challenges. Security and Communication Networks, 7(12), 2728- 2742. Disponível em: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/sec.795. Acesso em: 25 jun. 2023.