IoT in industry: the link between data and efficiency

IoT e Ciência de Dados: transformando dados em eficiência

Schwab (2016) afirma que “a internet das coisas (IoT) é uma das principais pontes entre aplicações físicas e digitais da quarta revolução industrial”. Seu objetivo é permitir e acelerar a adoção de tecnologias conectadas à internet entre as indústrias, sejam elas manufatureiras, extrativa, de base ou serviços. O IoT é formado por Protocolos de Internet (IP) e Protocolos de Controle de Transmissão (TCP). Esses parâmetros formam os sensores, aparelhos e sistemas que permitem a comunicação desses mecanismos inteligentes entre si e com demais dispositivos habilitados pela internet.

Ele processa dados de aparelhos e os transmite via redes com fio ou wireless, incluindo Ethernet, Wi-Fi, Bluethooth, 5G, identificador de Rádio Frequência (RFID), etc. Além disso, é comum que esses dispositivos se conectem com IoT Gateways, que atuam como intermediário os ligando a uma rede ou à nuvem. Esse último é importante pois é o que garante o compartilhamento de dados, criando uma conexão entre o mundo físico e digital, citado por Schwab.

Existem dois tipos de aparelhos que podem ser integrados ao IoT. A primeira categoria consiste em equipamentos que já são desenvolvidos com conectividade integrada, como celulares, caixas eletrônicos, colheitadeiras agrícolas e suportes para streaming. Eles geram dados e se comunicam com demais aparelhos através de meios de comunicação máquina a máquina (M2M). Já a segunda possui microchips ou sensores que permitem essa comunicação com demais equipamentos. Como exemplo, é possível pensar em um carro que possui um chip – instalado depois do processo de fabricação – que permite seu rastreio.

A aplicação do IoT é variada, e seu impacto positivo já é sentido em diversos setores, como manufaturas, transporte, agricultura, assistência médica, etc. À medida que o número de dispositivos conectados à internet cresce, o IoT desempenha um papel cada vez mais importante em nossa sociedade.

IoT na indústria

Como visto, o IoT tem como função a comunicação entre dispositivos. No contexto da indústria, essa tecnologia precisa ser robusta para fornecer a confiabilidade e a segurança exigida pelos processos de manufatura. Assim, originou-se a chamada Internet Industrial das Coisas (IIoT). Esse tipo de tecnologia tem sua aplicação em processos focada na oferta e na procura, favorecendo a interoperabilidade entre máquinas com diferentes protocolos e arquiteturas. Alguns aspectos essenciais do IIoT são a coleta contínua de dados e o uso de tecnologias como Inteligência Artificial para interpretá-los e fornecer insights. Para tal, a estruturação da rede IIoT é indispensável dentro da indústria. Ela inclui quatro camadas: de percepção, rede, análise e aplicação.

A camada de percepção, também chamada de transmissão de dados, inclui todos os sensores e dispositivos que coletam os dados do ambiente industrial. Eles monitoram parâmetros como temperatura, pressão, vibração, consumo de energia. Já a segunda diz respeito a transmissão dos dados coletados pelos sensores para os sistemas de processamento. Esse processo pode incluir redes locais (LAN), redes de longa distância (WAN), Wi-Fi, 5G e outras tecnologias de comunicação. A camada de análise faz o processamento e análise desses dados, o que pode ser feito localmente (edge computing) ou na nuvem (cloud computing). Tudo isso resulta na identificação de padrões, previsão de falhas e otimização dos processos. Por último, a camada de aplicação se resume na utilização dos dados para tomada de decisão informada e automatização dos processos.

É importante ressaltar que, aqui, a segurança é um tópico que exige atenção. Durante a interação dos usuários com sistemas IoT através da web ou aplicativos móveis, há risco de ataques por cavalos de Tróia, cross-site scripting, etc. É por isso que dentro do processamento, é preciso fazer autenticação com senhas ou outros recursos de segurança.

Protocolos de comunicação no IIoT

O IIoT é essencial na indústria 4.0, pois fornece a infraestrutura necessária para a coleta de dados em tempo real, melhorando a automação e a eficiência. Os protocolos de comunicação fazem a transmissão eficaz entre as máquinas sob vários aspectos. Eles são descritos com relação à frequência de operação, padrão IEEE (Institutos de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos), e faixa de transmissão. Alguns deles são:

ZigBee: protocolo de comunicação sem fio, projetado para dispositivos de baixa potência e baixa taxa de dados. Ele é ideal para sensores industriais e controle de iluminação, além de possuir um baixo consumo de energia;
Bluetooth: tecnologia de comunicação sem fio usada para troca de dados em curtas distâncias. Ele possui fácil implementação, baixo consumo de energia e é muito utilizado em dispositivos móveis;
Wi-Fi: é uma tecnologia de rede sem fio que permite a conexão de dispositivos à internet ou a outras redes locais. Ela possui uma alta taxa de transferência de dados, ampla cobertura e fácil integração com a infraestrutura de rede existente;
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): É um protocolo de comunicação leve, que possui baixa consumo de energia e é ideal para redes com baixa banda larga. Na indústria, o uso do MQTT para rastrear, monitorar e analisar os processos, melhorando a eficiência, é uma alternativa de baixo custo e com alta escalabilidade;
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network): O LoRaWAN é um protocolo de rede M2M para longas distâncias e baixa potência, projetado para comunicação de longo alcance entre dispositivos IoT. Além da alta cobertura, ele possui baixo consumo de energia e um único gateway capaz de suportar muitos dispositivos;

Desafios para a instalação do IoT na indústria

Para a instalação do IIoT de maneira efetiva, a indústria precisa tomar alguns cuidados. Primeiramente, é necessário considerar que dispositivos IoT coletam e processam uma vasta gama de dados, que podem estar suscetíveis a ataques cibernéticos. Esse cenário reforça a necessidade de implementação de políticas de segurança em todas as camadas da indústria, como visto anteriormente. Nesse viés, o primeiro passo é instalar controles de segurança do CIS (Center for Internet Security), e depois partir para demais barreiras. Também é importante que a indústria treine os colaboradores e que realize checagens de segurança regulares. A criação de padrões e regulamentações é indispensável para proteção da privacidade dos usuários e garantia da interoperabilidade dos dispositivos IoT.

Além disso, a adoção do IIoT deve ser feita de modo planejado em qualquer chão de fábrica. Caso contrário, a indústria pode não tirar o máximo proveito dessa tecnologia. A falta dessa visão estratégica pode resultar na baixa adesão dela por parte dos colaboradores ou até em perdas financeiras. Com isso, ao implementar o IIoT os responsáveis devem mapear todos os sistemas que devem ser integrados, como os recursos técnicos necessários. Dessa maneira, é possível evitar problemas técnicos que causam interrupções desnecessárias.

Esse último tópico faz ligação com a próxima questão: a falta de KPIs. Na adoção desse tipo de tecnologia, é importante ter metas claras. Por exemplo, em uma indústria alimentícia com a meta de aumentar a eficiência das linhas, é possível monitorar tempo de parada e taxa de OEE. A partir do monitoramento desses indicadores, pode-se acompanhar o progresso do IIoT e entender suas contribuições, bem como o que precisa ser ajustado.

IIoT e Ciência de Dados

A ciência de dados é uma grande aliada da Internet Industrial das Coisas (IIoT) por vários aspectos, como:

Coleta de dados: A rede IIoT utiliza sensores e dispositivos para coletar grandes volumes de dados em tempo real do maquinário e dos processos. Enquanto isso, a ciência de dados os organiza para torná-los utilizáveis para análises mais profundas;
Análise de dados: O IIoT fornece dados brutos sobre o status dos sistemas industriais, enquanto a ciência de dados aplica metodologias analíticas para extrair insights significativos desses dados;
Manutenção: Com o acesso aos dados industriais, a ciência de dados é capaz de desenvolver modelos preditivos que antecipam falhas e possibilitam a implementação de manutenção preditiva;
Eficiência Enérgica: O IIoT permite a coleta de dados sobre o consumo de energia em diferentes partes do processo industrial, da produção à área de utilidades. Já a ciência de dados permite sua análise para identificar oportunidades de economia de energia e melhora na sustentabilidade;
Personalização e inovação: Com dados sobre o desempenho dos produtos, torna-se possível um cenário de personalização de produtos e serviços. Isso também impulsiona a inovação, baseada nas tendências e padrões identificados;
Histórico de dados: Os dados coletados por sistemas IIoT são registrados, o que cria um histórico que pode ser utilizado para realizar futuras análises e aumentar a produtividade e focar em ESG;

Impactos positivos do IoT na indústria

Segundo o Portal da Indústria (2021), 69% das indústrias brasileira fazem uso de alguma tecnologia digital, incluindo IoT. Somado à isso, segundo a Fortune Bussiness lnsight (2024), o mercado IoT global em indústrias manufatureiras está projetado para alcançar U$ 452,27 bilhões até 2032. Dentro disso, as principais aplicações do IoT nesse segmento incluem manutenção preditiva, rastreamento e gestão de ativos.

No setor automotivo, a tecnologia IIoT é usada para rastrear componentes e otimizar a logística interna, garantindo que as peças estejam no lugar e momento certos. Um exemplo disso é o recall, que fica mais ágil de ser resolvido com o rastreio de lotes específico e o registro histórico de dados. Ainda no Brasil, aproximadamente 30% das indústrias automotivas estão investindo em IoT para otimizar processos de produção e manutenção preditiva.

Na indústria de alimentos e bebidas isso não é diferente. Os sensores IoT monitoram a produção e a qualidade dos alimentos, garantindo que os produtos atendam a todos os padrões pré-estabelecidos. No caso de uma cevejaria, é possível monitorar o processo de fermentação, garantindo a consistência do produto final. Para além da área de produção, esse tipo de conectividade na área de utilidades garante a economia de água e energia, contribuindo para ações de ESG.

Por fim, no setor farmacêutico e químico, o monitoramento das condições de produção de medicamentos e reações químicas é indispensável. Na primeira, a coleta de dados de temperatura resulta em mais visibilidade sobre as condições de armazenamento dos medicamentos. Assim, mantendo o processo dentro da temperatura adequada. Já no segundo, a consistência desse indicador contribui para evitar reações adversas nos compostos químicos, reforçando questões de segurança.

Tendências para o IIoT

IIoT é sinônimo de mais dados e mais conectividade, e, consequentemente, um maior nível de automatização. Com isso, sua evolução para acompanhar as crescentes mudanças de mercado é natural:

Inteligência Artificial e IIoT: Quando aplicada de maneira sistemática e estruturada, essa ferramenta consegue aumentar a escalabilidade das operações. A IA também ajuda a automatizar tarefas, prever padrões e detectar problemas em sistemas IoT;
Democratização de acesso aos dados: Os operadores de linha precisam estar familiarizados com as tecnologias utilizadas para preencher lacunas. A integração de pessoas, processos e produtos resulta em uma colaboração mais eficaz, com fácil acesso às informações independente da hora e lugar. Além disso, diminui a resistência à implementação de novas tecnologias;
Governança de IIoT: A governança de IIoT consiste no amplo controle sobre as operações que são desenvolvidas por sistemas e softwares. Essa estratégia envolve a implementação de auditorias, checagens internas, atualização de sistemas e firmwares e controle de dispositivos. Isso garante a maior organização dos sistemas e influencia no armazenamento, uso e exclusão das informações criadas pelos mecanismos de IoT. Também, contribui para que a equipe tenha uma conduta alinhada aos objetivos da indústria.
Machine Learning: A combinação de IIoT e ML está melhorando a manutenção preditiva. Os algoritmos de ML analisam os dados coletados para prever falhas, reduzir tempo de inatividade e custos de manutenção. Além disso, essa junção permite a personalização de produtos e serviços ao registrar informações sobre a preferência dos usuários, aumentando a taxa de satisfação.

Em suma, ao combinar o IoT com inovações tecnológicas e culturais, as indústrias obtêm uma infinidade de benefícios. Isso inclui aumento de produtividade, redução de custos, otimização do uso de matéria prima e foco em ESG. Saiba mais sobre nós e desbloqueie resultados na sua indústria com a nova linha ST-Spots™.