Desafio Smart Factory: Indústria 4.0 vinculada à GRI
O conceito de Indústria 4.0 compreende a integração de diferentes tecnologias, tanto maduras como emergentes que, com apoio no seu estudo e implementação, oferecem soluções digitais para o desenvolvimento e o melhoramento da indústria. O projeto centra-se na investigação e no desenvolvimento de novas soluções avançadas de Indústria 4.0 globais para Smart Factory baseadas em tecnologias de Big Data, machine learning, simulação e, sistemas integrados e ciberfísicos de controlo de pavilhão industrial do futuro.
Investigador principal
Investigador
Sede
Tecnología
Indústria 4.0:
- Cyber-physical systems
- IoT – IIoT
- Big Data
- Digital Twin
- Cloud computing, Fog computing, Edge computing
- Machine learning
Agentes agregados
Resumo da proposta
A investigação no âmbito da proposta doutoral na Indústria 4.0 estrutura-se em 4 blocos que se distribuem por 4 anos. Por sua vez, cada bloco será composto pelas respetivas subtarefas ou aplicações tecnológicas derivadas.
Bloco 1 – Estudo de problemas e tecnologias. Este bloco é composto por tarefas baseadas por um lado, no estudo do quadro em que a indústria 4.0 se encontra atualmente, assim como o estudo de arquiteturas de software e hardware e sistemas de sensorização associados a esta tecnologia; e por outro, o processo de fabrico de torres eólicas que é efetuado na instalação com todos os subprocessos.
Bloco 2 – Conceção do sistema. Será efetuada a automatização prévia dos subprocessos de fabrico da fábrica, juntamente com o estudo e a conceção dos sistemas de captação de dados para a posterior implementação de um sistema de armazenamento e análises de big data. Tal sistema terá ligação ao MES da empresa.
Bloco 3 – Desenvolvimento do sistema e implementação. Com base no que foi estudado e concebido em blocos anteriores, efetuar-se-á a implementação de sensores nas máquinas e a arquitetura de gestão de dados e análises de big data. Em paralelo a empresa definirá e obterá os KPI's que servirão para o posterior estudo dos resultados. Para tal, desenvolver-se-á e integrar-se-á um sistema MES que permita a análise destes dados e indicadores e a sua posterior otimização.
Bloco 4 – Conclusões. Definir-se-ão os produtos finais da tese, assim como as conclusões do sistema concebido. Propor-se-ão novas linhas de investigação futuras baseadas nas limitações do sistema.
Objetivo do projeto
O objetivo principal da proposta doutoral baseia-se na investigação e geração de conhecimento que permita no futuro o desenvolvimento de sistemas ciberfísicos específicos para a otimização do processo de produção de uma instalação de produção de torres eólicas que dê lugar a um MES específico de controlo de produção e otimização, Isto será conseguido mediante a recolha, classificação e análise de dados, mediante o uso de big data e de outras tecnologias, tendo em vista criar uma instalação interconectada e autogerida, baseada nos avanços da Indústria 4.0.
- Investigação de Cyber Physical Systems (CPS) para a criação de ambientes Smart Factory ótimos para o fabrico de torres eólicas offshore.
- Conceção de sistemas de perceção de defeitos no processo de fabrico de torres eólicas offshore.
- Investigação em sistemas sensoriais e de realidade aumentada disruptivos, que melhorem a produtividade e a precisão do processo de fabrico de torres eólicas offshore.
Resultados esperados e indicadores
De entre os resultados esperados, devemos mencionar os grandes desafios tecnológicos que o projeto implica, e o que se espera obter de cada um deles na sua primeira parte, que são:
Conceção e desenvolvimento de arquiteturas CPS – IioT
A colocação em funcionamento deste tipo de arquiteturas representa um desafio, devido aos numerosos desafios tecnológicos que encerram, além da complexidade, pelo facto de terem que ser adaptadas aos subprocessos de fabrico levados a cabo na instalação.
Este último caso deve ser tido em conta, dado que um dos principais desafios que é necessário ter em conta é a magnitude e a importância de cada uma das peças. Enquanto outros processos de produção são caracterizados pelo fabrico de muitos elementos em série de menor tamanho e custo, o sistema de produção da instalação caracteriza-se por fabricar menos peças de grande tamanho, em que o custo unitário é muito elevado e cada um dos subprocessos de fabrico é crítico. Isto faz com que qualquer erro na hora de desenvolver e pôr em funcionamento este tipo de arquiteturas seja fatal no que respeita a tempo e custos incorridos, pelo que a sua implantação deve ser precisa e segura. No entanto, apesar do grande desafio que a inclusão destas arquiteturas representa pelo que foi mencionado acima, o seu desenvolvimento correto gera enormes vantagens.
Os resultados esperados baseiam-se na automatização dos subprocessos de produção face a alterações nas condições. Isto consegue-se graças às informações enviadas e recebidas constantemente pelas máquinas, permitindo que se adaptem por si mesmas, dependendo do ambiente. Com isto procuram-se diversos resultados que se manifestam em vários aspetos:
- Diminuição das avarias.
- Aumento da produtividade da máquina.
- Redução do custo associado à peça (poupança em termos de pessoal, tempos mortos, etc.)
- Interligação das máquinas que permita a adaptação do seu funcionamento de acordo com as condições.
- Machine learning que permita que a máquina se adapte por si mesma às condições mutáveis.
Em última análise, espera-se uma maior robustez no sistema produtivo, tornando-o mais resiliente, podendo-se adaptar de forma rápida aos problemas que possam surgir.
Como indicadores académicos, até 31 de dezembro de 2021, espera-se contar com:
- 1 Congresso
- 1 Artigo científico indexado
Justificação do potencial impacto tecnológico do projeto (TRL)
Atualmente as empresas industriais na Espanha enfrentam grandes desafios, para se conseguirem posicionar e permanecer no mercado mundial, devido à volatilidade e ao rápido movimento do mercado, ao constante avanço tecnológico, concorrência global, produtos mais complexos, produção mais desafiadora. Isto pressiona fortemente as indústrias para que elevem em grande escala o seu nível de digitalização, para se poderem adaptar a linhas de produção com novas tecnologias, redefinindo o papel desempenhado pelos humanos e pelas máquinas nos novos processos.
Qualquer desenvolvimento do setor industrial e produtivo não pode ser alheio ao avanço tecnológico, num mundo globalizado e tão competitivo. Uma indústria que não esteja disposta à inovação, melhoramento constante dos seus processos e uso de tecnologias emergentes pode estar a condenar-se ao seu desaparecimento. É por isso que o conceito de Indústria 4.0 se converteu no pilar fundamental, tanto em investigações atuais, como na sua aplicação ao setor industrial.
