Gestão da Manutenção

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Engenharia de Manutenção na era da Indústria 4.0

Engenharia de Manutenção na era da Indústria 4.0 – hoje temos mais uma vez o prazer de publicar um artigo do engenheiro João Mosquim, colaborador do Blogtek e administrador de alguns dos mais atuantes grupos de WhatsApp sobre Gerenciamento de Projetos e Gestão da Manutenção. Sempre focado na questão da Gestão de Ativos, destacando a importância de enxergar não apenas a fase do projeto, mas de toda a existência do ativo, Mosquim também tem enfatizado muito a questão da Engenharia de Manutenção, no atual contexto da Indústria 4.0. Se você quiser ser notificado dos próximos artigos, cadastre seu e-mail aqui ao lado, em Assine o Blogtek! SEU E-MAIL NÃO SERÁ USADO POR TERCEIROS.

Indústria 4.0 – Introdução

Indústria 4.0 – Conceituação

Indústria 4.0 ou Quarta Revolução Industrial é uma expressão que teve origem em um projeto estratégico de alta tecnologia do governo Alemão e faz uso de todas as tecnologias relacionadas à transformação digital, aplicada à indústria, como a automação, PI – informações de processo, BI – Inteligência artificial, Internet das coisas, Computação na nuvem, Simulações e análise de dados, etc.

Na realidade, busca-se levar para dentro da indústria todas as novidades tecnológicas desenvolvidas para a sociedade como um todo.

Indústria 4.0 – a busca da competitividade

A competitividade é definida como sendo a capacidade de uma organização ou país cumprir a sua missão, com mais êxito que outras organizações/países competidores. Normalmente é vista no contexto da economia de mercado e sobressai a competitividade empresarial e sua sustentabilidade.

Anualmente o IMD – World Competitiveness Center realiza um estudo sobre a competitividade, em que leva em consideração nível do conhecimento, da tecnologia e da prontidão para o futuro, conforme figura 1. E deste estudo, elabora um índice de competitividade entre os países, como exemplificado na figura abaixo.

Indústria 4.0 - modelo de competitividade digital
Indústria 4.0 – modelo de competitividade digital

Neste relatório de 2017, o país mais competitivo é Cingapura, seguida da Suécia. O Brasil ocupa a decepcionante posição de número 55. E historicamente nossa competitividade tem tido variação negativa.

Indústria 4.0 - Índice de competitividade global
Indústria 4.0 – Índice de competitividade global

Para exemplificar, o Brasil consome 2 vezes mais energia para fazer a mesma coisa que Cingapura, ou utiliza 2 vezes mais mão de obra, ou a duração de uma tarefa é o dobro. Isso é preocupante.

Em estudo de produtividade de nossa mão de obra, tanto em rotina como em parada, tem estado em torno de 55% de uma jornada. Ou seja, 45% do tempo de uma jornada é gasto em atividades a paralelas ao serviço em si.

Como mostra a figura 6, a engenharia de manutenção tem um papel fundamental na busca de melhorias, tanto nos processos como na incorporação de novas tecnologias/conhecimento, como o BI – Business Intelligence.

Indústria 4.0

Esta 4a Revolução Industrial, mais conhecida como Indústria 4.0, está alicerçada em alguns princípios e em tecnologias de informações, como segue:

Princípios chaves:

  • Cliente cada vez mais com desejos e necessidades individualizados.
  • Organização e controle de todo o fluxo de valor ao longo do ciclo de vida do ativo.
  • Nasce com a ideia, a ordem, o desenvolvimento, a produção, a entrega ao cliente final, o descarte e a reciclagem.
  • Aquisição e controle de variáveis importantes em tempo real.
  • Conectividade em redes de informações relevantes em tempo real.
  • Conectividade entre pessoas, objetos e sistemas em tempo real.
  • Essa conexão de pessoas, objetos e sistemas em tempo real leva à criação de dinâmica auto organizada, Inter organizacional, em tempo real de redes de valor otimizado por critérios de custos ou disponibilidade ou consumo de recursos.
  • Monitoramento controle e inteligência distribuídos.
  • Produção eficiente/eficaz, com o tratamento otimizado de recursos, máquinas, energia, matéria prima.
  • Utilização combinada de tecnologias de ponta como Big Data, Iot, CPS, Computação na Nuvem, Redes de alto desempenho, controle distribuído, Simulações e Análise de dados relevantes em tempo real, etc.

Tecnologias da Informação integradas com a indústria

  • Automação – é um conjunto de técnicas, software e/ou equipamentos específicos destinados a tornar automáticas a realização de tarefas, substituindo o gasto de bioenergia humana, com esforço muscular e mental, por elementos eletromecânicos computáveis. A figura 3 mostra os componentes de um sistema de automação industrial.
Indústria 4.0 - processo de automação
Indústria 4.0 – processo de automação
  • Computação em nuvem – De acordo com um exemplo da Azure/Microsoft, a computação na nuvem (em inglês, cloud computing) refere-se à utilização da memória e da capacidade de armazenamento e cálculo de computadores e servidores compartilhados e interligados por meio da Internet, seguindo o princípio da computação em grade e pode ser dívida em:
    • IaaS – Infraestrutura como serviço – aluga-se infraestrutura de TI, servidores de máquinas virtuais, armazenamento, redes e sistemas operacionais.
    • PaaS – Plataforma como serviço – fornece um ambiente sob demanda para desenvolvimento, fornecimento e gerenciamento de aplicativos de software.
    • SaaS –  Software como serviço – fornece aplicativos de software pela internet, sob demanda.
  • Blockchain – é um tipo de Base de Dados Distribuída que guarda um registro de transações permanente e à prova de violação. A base de dados blockchain consiste em dois tipos de registros: transações individuais e blocos.
  • Manufatura aditiva 3D ou impressão 3D –  são ferramentas que facilitam e agilizam a fabricação de protótipos ou de produtos e aceleram a produção.
  • Inteligência Artificial IA –  De acordo com o site Significados, Inteligência Artificial – A.I., em inglês) é um ramo de pesquisa da Ciência da Computação que se ocupa em desenvolver mecanismos e dispositivos tecnológicos que possam simular o raciocínio humano, ou seja, a inteligência que é característica dos seres humanos
  • Realidade Aumentada –  é uma tecnologia que une o mundo real com o mundo virtual, pela utilização de marcadores em dispositivos de imagens e faz a inserção de objetivos virtuais no ambiente físico e mostrada em tempo real.
  • Internet das Coisas IoT –  consiste na ideia de fusão do mundo real com o mundo digital, pela conexão via internet de todos os objetos da vida cotidiana.
  • Sistemas Ciber-Físicos CPS (Cyber Physical System) – segundo Jorge R. B. Garay, em sua tese sobre CyberSens, o CPS consiste numa rede de elementos que atuam entre o meio físico e as aplicações computacionais (sensoriamento, atuação, Controle, aplicação), que leva a um sistema de gestão capaz de agrupar diversas aplicações com capacidade de funcionamento autônomo e distribuído.

Indústria 4.0 – Revoluções industriais e os investimentos necessários

Indústria 4.0 - revoluções Industriais
Indústria 4.0 – revoluções Industriais

De acordo com o estudo realizado pela Agenda brasileira para a Indústria 4.0 (http://www.industria40.gov.br/), estamos na 4ª Revolução Industrial e segue uma pequena definição de cada revolução.

  • 1ª Revolução Industrial – Mecânica – concentrada na energia mecânica e nos motores a vapor. Iniciou-se no final do século XVIII sendo a mecanização da indústria têxtil um dos casos mais conhecidos. Investimento base de 100%
  • 2ª Revolução Industrial – Elétrica – caracterizada pela eletrificação da fábrica, pela utilização dos métodos científicos de produção culminando com a fábrica de produção em massa, cujo exemplo famoso é a linha de montagem de Henry Ford em 1913.  Investimento de 20 a 30% para adequação dos equipamentos e sistemas.
  • 3ª Revolução Industrial – Automação –  Com o advento da tecnologia de informação, foi possível iniciar a terceira revolução industrial em que a informatização (computadores mainframe, computadores pessoais e a internet) entram na fábrica para automatizar tarefas mecânicas e repetitivas. Isso começa a ocorrer a partir dos anos 70, do século passado. Investimento pesado de 80 a 90% para adequação e modernização dos equipamentos e sistemas.
  • 4ª Revolução Industrial – Inteligência Artificial, Robótica, Big Data e mais –  A quarta revolução industrial se caracteriza por um conjunto de tecnologias que permitem a fusão do mundo físico, digital e biológico. Investimento de 40 a 50% para adequação e modernização dos equipamentos e sistemas.

Indústria 4.0 – Evolução da Manutenção

A própria evolução da manutenção está muito associada com a evolução industrial, como mostram as figuras a seguir. Veja também a Evolução da Manutenção.

Primeira geração – Geração do foco na máquina e no quebra-conserta

Na primeira geração, o foco era a máquina, pois foi esta que promoveu toda a revolução e trouxe a produtividade para outro patamar. O salto foi tão grande nessa produtividade que por vários anos a manutenção não precisava se preocupar com ela. A manutenção era basicamente reativa, baseada no quebra-conserta.

Segunda geração – Foco na produtividade e na manutenção preventiva

Na segunda geração, começou a busca por uma melhor produtividade e percebeu-se que era melhor fazer uma manutenção preventiva, em vez de esperar o equipamento entrar em falha. O foco passou a ser a produtividade da planta, baseada na disponibilidade dos equipamentos, ou seja, consertar antes que a falha aconteça. Ocorre que pouca engenharia de manutenção existia e a preventiva era baseada no tempo. Ou seja, de tempo em tempo retira-se o equipamento da operação/produção para fazer a manutenção. E não existe desperdício maior de dinheiro do que fazer manutenção em um equipamento ou sistema que não precisa de manutenção.

Indústria 4.0 - Evolução da Manutenção
Indústria 4.0 – Evolução da Manutenção

Terceira geração – Foco na confiabilidade e na manutenção preditiva condicional

Nesta terceira geração, o foco concentrou-se nos estudos de confiabilidade, como a MCC (Manutenção Centrada na Confiabilidade), que analisa a função de cada equipamento, de cada componente deste equipamento. Desse estudo resulta na substituição de componentes que apresentam baixa confiabilidade e na adequação dos planos de manutenção.

Na sequência e ainda nesta fase, surgiu a manutenção preventiva baseada na condição de alguma variável do equipamento. Ou seja, executa-se medições periódicas, on line ou não de alguma condição e sobre o resultado dessa medição, decide-se sobre a necessidade ou não da manutenção.

Indústria 4.0 - Maturidade da Manutenção
Indústria 4.0 – Maturidade da Manutenção

Quarta geração –  Manutenção proativa

A quarta geração parte dos conceitos de manutenção sob condição, sempre na busca da competitividade empresarial.  Neste período ocorre também a evolução do conceito de Engenharia da Manutenção, que estuda a aplicação dos conceitos relacionados à optimização dos equipamentos, dos processos e dos orçamentos, de modo a alcançar uma melhor manutibilidade, confiabilidade e disponibilidade dos equipamentos.

E esta engenharia veio a ganhar enorme destaque neste quarta geração, pois com o advento da automação, transformação digital, da inteligência artificial e de todas as tecnologias disponíveis como a computação na nuvem, internet das coisas, tecnologia dos celulares, tablets, notebook, redes de alta velocidade, PI – informações do processo facilitaram em muito o desenvolvimento de algoritmos inteligentes, que contribuem para a análise em tempo real de uma quantidade enorme de dados. E dessa análise, a decisão do que fazer com o equipamento.

Uma avaliação do nível de maturidade da organização em relação à manutenção torna-se imprescindível e o gap encontrado entra como fator importante nas decisões do planejamento estratégico das organizações.  A pergunta hoje não é mais se precisa migrar para a indústria 4.0, mas quando será necessário fazê-lo.

Manutenção na Indústria 4.0

A transformação digital aplicada na indústria, com os sistemas de automação digital, os DCS, veio abrir campo para a instalação de sensores nas máquinas e em todos os sistemas operacionais e/ou de intertravamento. Estes dados são transmitidos para a nuvem pela rede interna ou pelo conceito de internet das coisas para bancos de dados de enorme capacidade de armazenamento. Sistemas de computação baseados em Machine Learning, com algoritmos avançados e grande capacidade de processamento, tem plena condições de análise de uma série enorme de variáveis e gerar prognósticos em tempo real, de custo, tendências, possibilidade de falhas, cálculo de disponibilidade, reposição de estoque, componentes com maior ou menor taxa de falhas, etc.

As estratégias de manutenção torna-se mais claras, pois com o diagnóstico em tempo real, produzido por máquinas que aprendem com o tempo, a manutenção preventiva por tempo deixa de fazer sentido e aflora a manutenção preventiva baseada na condição.

O acesso em tempo real das informações pelas máquinas que aprendem, com auxílio de poderosos algoritmos podem ser facilmente distribuídas a todos os níveis da organização, quer seja pelo computador pessoal, notebook, celulares tablets ou dispositivos dedicados ou mesmo equipamentos bases inteligentes.

Toda essa inteligência artificial embarcada contribui positivamente nos processos de decisão e na melhoria contínua, na disponibilidade e sustentabilidade.

Para que se atinja esse nível de maturidade, a Engenharia da Manutenção tem um papel fundamental, que será discutido no item a seguir.

Indústria 4.0 – Desenvolvimento

Engenharia e a Engenharia da Manutenção para a Indústria 4.0

A evolução da engenharia está muito associada à evolução da indústria. Na primeira revolução a ênfase era dada à engenharia mecânica, logo em seguida, a elétrica, na terceira, tomou lugar o engenheiro de instrumentação e o engenheiro de automação. Nos dias atuais, como o advento das tecnologias relacionadas à indústria 4.0, o mercado precisa de engenheiros para a indústria 4.0.  Esse nova função exige o conhecimento profundo de instrumentação, automação e de tecnologia da informação. E o mais importante, todo esse conhecimento é imprescindível, mas não suficiente. É preciso ir além, muito além.

E nesse muito além entra a engenharia de manutenção, que está voltada na aplicação dos conhecimentos para a otimização dos equipamentos, dos processos, dos custos, da eliminação do trabalho em si e do trabalho desnecessário, de novas técnicas preditivas, sempre na busca de uma maior confiabilidade, da disponibilidade do equipamento e da sustentabilidade da planta.

Não é difícil de se imaginar que a integração dessas engenharias são fundamentais na indústria 4.0. O projeto ou mesmo a reengenharia ou remodelagem da planta precisa nascer com esses conceitos integrados, como sugere a figura 7.

No mundo ideal teríamos uma engenharia que juntasse instrumentação, automação, eletricidade, mecatrônica e engenharia de manutenção. Impossível, talvez não em um futuro próximo.

Gestão de Projetos como um processo da Gestão de ativos, voltado para a indústria 4.0

A comunidade de gestão de projetos, talvez por influência do Guia PMBOK, que trata o ciclo de vida do projeto de um maneira extremamente isolada dos demais processos do negócio, precisa internalizar que para a organização, o importante é o ciclo de vida do ativo.  Todo resultado de um projeto é um novo ativo a ser incorporado ao portfólio de ativos da organização, como mostra a figura na sequência.

O que se observa na prática é que praticamente 100% dos projetos são entregues com problemas e que fica sob responsabilidade da área de manutenção a finalização ou acertos finais.

Indústria 4.0 - Sistema de Gestão de Ativos
Indústria 4.0 – Sistema de Gestão de Ativos

O foco nesta discussão não são esses problemas relacionados à entrega dos projetos, mas sim, que estes projetos de melhorias estejam sintonizados com a necessidade da manutenção sair da fase do quebra-conserta e migrar para a preditiva, baseada em inteligência artificial, como sugere a figura 6.

E sob este aspecto, a Engenharia da Manutenção tem papel decisivo na fase conceitual dos projetos, na fase de especificação e detalhamento. Muitas vezes discute-se o grosso, mas o problema aparece no detalhe, no projeto do equipamento ou algum componente do sistema.

Componentes chaves e um exemplo de roteiro de implementação da Indústria 4.0

De acordo com o documento Estratégias de Implementação da Indústria 4.0, com base no relatório sobre os resultados da Plataforma Industrial 4.0, elaborado pelas empresas Bitkom, VDMA e ZVEI da Alemanha de janeiro de 2016, as seguintes áreas são vistas como principais:

  • Pesquisa e inovação.
  • Arquitetura de referência e padronização.
  • Segurança de sistemas de redes.

E foi sugerido um roteiro de implementação dos componentes principais da Indústria 4.0, como mostrado na figura abaixo.

Indústria 4.0 - Componentes Chave
Indústria 4.0 – Componentes Chave

Indústria 4.0 – exemplos de aplicação

A Embraer fez uma parceria com a empresa Algar Tech, para o desenvolvimento de um aprendizado de máquina, que combina o uso de plataforma analítica (RapidMiner) com o tratamento e análise de dados e aplicação de milhares de modelos de forma automática por meio de técnicas de otimização e aprendizado de máquina que usa técnicas de suport vector machine, Naive Bayes e k-NN.

A iniciativa trouxe ganhos qualitativos e quantitativos na operação de manutenção de aeronaves, bem como reduziu o tempo gasto com processos manuais. Os modelos alcançaram assertividade na previsão da falha de quase 80%, para um contexto com mais de 700 classes a serem preditas.

De acordo com o site da empresa Algar Tech, tem-se os seguintes dados que mostram a importância da aplicação da Inteligência Artificial na manutenção.

  • 2 milhões de relatórios recebidos de pilotos e técnicos.
  • Mais de mil modelos preditivos construídos.
  • Construídos modelos com 75% de acurácia na previsão dos códigos de falhas (Fail code).
  • Amostras aleatórias geraram 20 trilhões de valores trabalhados.
  • Contexto com mais de 700 classes a serem preditas.
  • Modelo com 65% de acurácia para Códigos de Exclusão (Exclusion code)

Outro exemplo de aplicação foi desenvolvida pela empresa chinesa SANY, que fabrica uma empilhadeira a cada 10 minutos. Baseada neste contexto de indústria 4.0.  Na fábrica toda automatizada trabalham 65 pessoas e 145 robôs. Estes robôs além de estarem ligados aos processos de produção intrínsecos, cuidam do manuseio e transportes de peças pela fábrica.

Na região de São Paulo tem uma aplicação de inteligência artificial por demais interessante. Depois de passar pelos processos de automação, de PI-informações de processo, implantaram o BI em auxílio ao PCM. Como os equipamentos principais são todos sensoriados, a programação da manutenção é feita por algoritmos baseados na confiabilidade. Quem decide o que fazer e quando fazer, são esses algoritmos.

Toda cadeia de suprimento, programação e controle sendo gerenciada por algoritmos baseados em aprendizado de máquina e inteligência artificial.

Sistemas de válvulas de controle inteligentes.

Instrumentos de campo com algoritmos de aprendizado de máquina e inteligência artificial.

Resultados esperados

  • Melhoria nos processos industriais.
  • Melhoria nos processos de decisão.
  • Aumento da produtividade.
  • Otimização nos processos da manutenção.
  • Diminuição do estresse.
  • Redução do custo de estoque.
  • Redução dos custos de manutenção.
  • Aumento da confiabilidade e da disponibilidade.
  • Melhor conhecimento das variáveis de processos que afetam o equipamento.
  • Melhor conhecimento do equipamento e componentes.

Discussão

Situação atual

O ponto de partida é a avaliação do nível de maturidade atual da gestão da manutenção pela simples verificação da % de Corretiva, Preventiva, Preditiva e Proativa.

Indústria 4.0 - Nível de maturidade da manutenção
Indústria 4.0 – Nível de maturidade da manutenção

Além deste indicador, existem outros muitos, mas que não será discutido aqui. Para este artigo, o que realmente importa é descobrir qual a distância que a organização está em relação a indústria 4.0.  A figura a seguir dá uma indicação dos níveis de maturidade da organização em relação à indústria 4.0. E a partir desta avaliação, o gap existente.

Indústria 4.0 - Comparativo
Indústria 4.0 – Comparativo

É importante que se tome consciência que a evolução da fase de equipamentos stand alone para a fase da Indústria 4.0 não pode ser realizada aos saltos. É preciso seguir cada fase descrita.

Situação desejada e os gaps existentes

No planejamento estratégico a alta administração pensa no longo prazo da organização e baseados na missão, visão, objetivos e metas geram a criação de planos de ação e seus desdobramentos. E esses objetivos e metas traçadas são comparadas com a situação atual e esses gaps são transformados em ações e/ou projetos.

Ocorre que essas decisões dos gestores da alta administração, em geral não técnicos-especialistas, precisam do auxílio para o desenvolvimento desses objetivos e metas, de todo o staff de especialista da organização ou mesmo de consultores externos. É nesse aspecto que as engenharias tem muito a contribuir para que as decisões que impactam a sustentabilidade da organização sejam tomadas.

Indústria 4.0 - Influência das engenharias
Indústria 4.0 – Influência das engenharias

No caso específico da Indústria 4.0, como sua organização está em relação a computação em nuvem, Internet das coisas, inteligência artificial, etc.?

Indústria 4.0 – Como pode ser aplicado às tecnologias disponíveis na manutenção

A figura seguinte mostra um indicativo das tecnologias disponíveis e possíveis de serem aplicadas na indústria 4.0 e de um modo ou outro, estão intimamente relacionadas ou são complementares.

Indústria 4.0 - Componentes
Indústria 4.0 – Componentes

Indústria 4.0 – Conclusão

A Indústria 4.0 não foi resultado de um salto na tecnologia e/ou conhecimento, mas uma evolução contínua, que passou pelo advento da eletricidade, da automação, da digitalização e agora pelas tecnologias de ponta relacionadas à transformação digital. E a cada dia inovações tecnológicas surgem para melhorar os processos e a nossa vida cotidiana.

A integração entre as diversas engenharia existentes como instrumentação, automação, eletricidade, mecânica e mais a tecnologia da informação são fundamentais nessa indústria 4.0 emergente.

O que se busca na realidade e com apoio dessas tecnologias de ponta é engenheirar o Planejamento e Controle da Manutenção.

As empresas que não acompanharem este ritmo de inovações, serão rapidamente expulsas desse mercado globalizado e competitivo.

É comum ser ouvido que as crianças que estão entrando na escola hoje, quando formadas irão trabalhar em funções/cargos que ainda não existem.

Vivemos o presente, o futuro se apresenta como algo inatingível, distante, pois está sempre correndo à nossa frente, mas para a indústria 4.0 este futuro já começou. E a indústria 5.0 está pedindo passagem para entrar de vez em cena. Ou sua organização se adequa ou sai rapidamente do mercado.

A cada semana, publicamos novos artigos aqui no Blogtek, sobre Gerenciamento de Projetos, Gestão da Manutenção, e tópicos sobre Liderança e Gestão. Também semanalmente publicamos um vídeo, os quais podem ser acessados em youtube.com/c/Blogtek.  Se você quiser ser notificado dos próximos artigos, cadastre seu e-mail aqui ao lado, em Assine o Blogtek! SEU E-MAIL NÃO SERÁ USADO POR TERCEIROS.

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João Mosquim

Eng. João Carlos Mosquim Eng. Civil (PUCC) e Terminais e Oleodutos (Universidade Petrobras), Formado pela Academia de Formação de Instrutores de Gerenciamento de Projetos (AFIGP-PMI-SP). Certificação Project Management Professional (PMP), Pós-Graduação MBA (FGV), especialização em Controle Total da Qualidade (Unicamp). Professor MBA (Abraman/Pragma Academy) da Universidade Brasil, nas disciplinas Gestão de Riscos e Gestão de Projetos. Ministra cursos abertos e in company nas áreas de Gestão de Riscos, Projetos, Paradas e Ativos. Experiência profissional de 35 anos na indústria. Voluntário: Examinador no Prêmio Nacional da Qualidade, Mentor no PMI-SP, Avaliador do Sistema de Gestão Integrado na Petrobras/refino, na Associação Brasileira de Manutenção e Gestão de Ativos (ABRAMAN). Membro do Conselho Deliberativo da ABRAMAN e Secretário na ISA Campinas Section (International Society of Automation) Autor dos livros S. Exa., O Prazo, Gerenciamento de Paradas de Manutenção e Estórias e brincadeiras do Tio Carlinhos CV Lattes: http://lattes.cnpq.br/1333021034724252

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