Falando sobre a aplicação de sensores na indústria 4.0

Falando sobre a aplicação de sensores na indústria 4.0

Da "Indústria 4.0" alemã à "Estratégia de Parceria para Manufatura Avançada" dos Estados Unidos e à "Estratégia de Alto Valor" do Reino Unido, a Internet Industrial tornou-se um ponto crucial para que os principais países industrializados dominem a competição internacional no setor manufatureiro. Como principal motor e foco estratégico da atual transformação industrial, a manufatura inteligente está intimamente ligada à Internet Industrial.

O conceito de manufatura inteligente surgiu no final da década de 1980. O professor P.K. Wright, da Universidade de Nova York, e o professor D.A. Bourne, da Universidade Carnegie Mellon, publicaram o livro "Manufacturing Intelligence" (Inteligência em Manufatura), que propôs pela primeira vez o conceito de manufatura inteligente e destacou que o objetivo da manufatura inteligente é integrar engenharia do conhecimento, sistemas de software de manufatura, visão computacional e controle de máquinas, modelando as habilidades e o conhecimento especializado dos técnicos de manufatura para permitir que máquinas inteligentes produzam pequenos lotes sem intervenção humana.

Com o desenvolvimento dos tempos e o avanço da tecnologia, a manufatura inteligente também adquiriu novos significados, e seus objetivos se tornaram mais ambiciosos. Meu país é um grande polo industrial, e a indústria manufatureira é o principal pilar da economia nacional. Atualmente, a indústria manufatureira do meu país enfrenta os desafios estratégicos de aprimorar a eficiência da produção e da manufatura, conservar energia e reduzir emissões, além de ajustar sua estrutura industrial. O "Plano de Desenvolvimento da Manufatura Inteligente (2016-2020)" destaca:

Promover a manufatura inteligente pode efetivamente encurtar o ciclo de desenvolvimento de produtos, melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto, reduzir os custos operacionais e o consumo de recursos e energia, e acelerar o desenvolvimento da manufatura inteligente. Isso é de grande importância.

A indústria manufatureira está passando por uma transformação, migrando do modelo tradicional para o digital, conectado e inteligente; da produção extensiva para a qualidade e eficiência; da alta poluição e alto consumo de energia para a manufatura verde; e da produção para a "produção + serviço". Nesse processo de transformação, a manufatura inteligente desempenha um papel fundamental.

A definição mais comum de manufatura inteligente é:

Orientado para todo o ciclo de vida do produto, baseado na nova geração de tecnologia da informação e no sistema de manufatura como suporte, em seus principais elos ou processos, possui certas capacidades autônomas de percepção, aprendizado, análise, tomada de decisão, comunicação e controle de coordenação, podendo se adaptar dinamicamente às mudanças do ambiente de manufatura a fim de atingir determinados objetivos de otimização.

As definições acima estabelecem objetivos e expectativas claros para a manufatura inteligente — alta eficiência, baixo custo e alta qualidade — e fornecem orientação metodológica para sua implementação. Enfatizam a percepção autônoma, conectam tudo o que pode ser digitalizado por meio da Internet de Todas as Coisas e utilizam dados e algoritmos para obter inteligência.

A manufatura inteligente exige não apenas a adoção de novas tecnologias e equipamentos de produção, mas também a penetração de tecnologias de informação e comunicação em rápido desenvolvimento nas fábricas, e a construção de uma infraestrutura cibernética. Sistemas Ciberfísicos (CPS) no setor de manufatura e mudanças na organização da produção e nas relações interpessoais da indústria. Isso traz mudanças inovadoras em métodos de P&D, manufatura e modelos de negócios.

O que é a Internet Industrial das Coisas?

A Internet Industrial das Coisas (IIoT) tornou-se sinônimo de manufatura inteligente e Indústria 4.0. A IIoT pode implementar tecnologias inteligentes como inteligência artificial (IA), aprendizado de máquina, realidade aumentada/virtual (RA/RV), gêmeos digitais/threading, computação em nuvem/de borda, conforme necessário, e permeia todos os aspectos da manufatura inteligente.

A Internet Industrial das Coisas também fornece uma plataforma para suportar aplicações de manufatura inteligente, uma infraestrutura de comunicação entre sensores, dispositivos, máquinas, controladores, bancos de dados e sistemas de informação, capaz de se conectar a tecnologias e embalagens existentes, ampliando sua funcionalidade e vida útil.

O maior benefício da IIoT reside na variedade de dados que são coletados e analisados ​​posteriormente. Os fabricantes podem usar esses dados para aprimorar o controle de qualidade, implementar iniciativas sustentáveis ​​e ambientais, garantir a rastreabilidade da cadeia de suprimentos e aumentar sua eficiência.

Além disso, a IIoT pode ajudar os técnicos de campo a determinar quando as máquinas precisam de reparos, detectar níveis de corrosão em dutos de refinarias, monitorar a infraestrutura em operações industriais e até mesmo rastrear ativos.

Em termos de automação, otimização e melhoria da cadeia de suprimentos e logística, as redes de IoT industrial proporcionam a esses setores uma integração de sistemas mais robusta. Utilizando sensores e atuadores inteligentes, os profissionais podem monitorar e controlar a infraestrutura de forma mais fácil e eficiente em operações como transporte, serviços públicos e saúde. Essas redes de comunicação inteligentes têm o potencial de transformar e aprimorar drasticamente os processos industriais.

A utilização de sensores na Indústria 4.0

Sensor refere-se a um circuito integrado multicomponente com funções de aquisição, processamento, troca e armazenamento de informações. É um produto de nível sistêmico que integra chips de sensores, chips de comunicação, microprocessadores, drivers e algoritmos de software. É uma indústria básica, líder e estratégica para o desenvolvimento geral do setor e para a segurança econômica nacional.

Com o rápido desenvolvimento de tecnologias de informação de nova geração, como a Internet Industrial, Big Data, Internet das Coisas e Inteligência Artificial, o mercado de aplicações de sensores apresenta uma tendência de crescimento explosivo. De acordo com instituições de pesquisa de mercado, o mercado de sensores do meu país atingirá 166 bilhões de yuans em 2019, com uma taxa de crescimento anual composta de cerca de 11,65% nos próximos cinco anos (2019-2023), chegando a 258 bilhões de yuans em 2023.

Impulsionado por políticas e mercados, o ecossistema da indústria de sensores do meu país tende a ser completo, e elos-chave como projeto, fabricação, embalagem e testes possuem estruturas empresariais consolidadas. Atualmente, existem quase 2.000 empresas relacionadas à pesquisa de sensores no país, incluindo cerca de 30 empresas de capital aberto. Diversos produtos de sensores atendem basicamente às necessidades do mercado interno.

(Retrato de Família com Sensores da Tecnologia de Sensores Rika)

Sensores inteligentes são sensores de todos os tipos utilizados em diversos cenários industriais, como energia, petróleo, química, metalurgia, energia elétrica, fabricação de máquinas, automóveis e outros processos de fabricação industrial. Eles geralmente se referem à medição de força, calor, luz, campos magnéticos, acústica, umidade, eletricidade, condições ambientais, etc., e à conversão desses sinais em sinais elétricos de saída para dispositivos e equipamentos. Trata-se de um tipo de produto industrial que envolve a integração de tecnologias básicas multidisciplinares. Possui características típicas de alta tecnologia, grande variedade, produção em pequenos lotes, uso flexível e ampla distribuição de aplicações.

A Associação Alemã de Tecnologia de Sensoriamento e Medição (AMA) destacou no relatório "Tecnologia de Sensores 2022 - Conectando Inovações" que a tecnologia de sensores é fundamental para a competitividade de muitas máquinas, equipamentos e veículos, além de ser um meio para aumentar seu valor. Assim como a internet, que cresce rapidamente, o desenvolvimento de sensores traz tanto oportunidades quanto desafios. A sofisticação dos sensores do futuro determinará a competitividade internacional nos setores de construção de máquinas, automotivo, controle de processos e manufatura.

Os Estados Unidos estabeleceram uma equipe técnica internacional (BGT) na década de 1980 para coordenar recursos governamentais, empresas e departamentos relacionados, visando o desenvolvimento de tecnologias de sensores, materiais funcionais e outras áreas em nível nacional, atendendo aos setores de manufatura industrial, manufatura inteligente e indústria militar americana. No final do século passado, o Japão incluiu a tecnologia de sensores entre as dez principais tecnologias do século. A comunidade empresarial japonesa acredita firmemente que "a nova era pode ser dominada pela tecnologia de sensores", e o desenvolvimento e a utilização dessa tecnologia foram definidos como uma das seis tecnologias essenciais para o desenvolvimento nacional neste século.

Epílogo

Hoje, o surgimento de cidades inteligentes, casas inteligentes e edifícios inteligentes também exige tecnologia de sensores, e muitas inovações em sensores na Indústria 5.0 já estão em fase intermediária de aplicação em outros mercados orientados para a tecnologia, como a rápida adoção de sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) em novos modelos de veículos. A implantação e o desenvolvimento de veículos elétricos, semiautônomos e totalmente autônomos também apresentam uma enorme demanda por aplicações de sensores, assim como sistemas industriais.

Com o desenvolvimento contínuo da Indústria 4.0 e a introdução do conceito de Indústria 5.0, a importância dos sensores torna-se evidente. A constante inovação tecnológica da indústria de semicondutores impulsiona a aplicação prática da tecnologia de sensores, promovendo o desenvolvimento contínuo da produção industrial e criando uma vida melhor e mais inteligente para todos nós.