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José Benedito Sacomano
Rodrigo Franco Gonçalves
Márcia Terra da Silva
Sílvia Helena Bonilla
Walter Cardoso Sátyro
INDÚSTRIA 4.0
Blucher
INDÚSTRIA 4.0:
CONCEITOS E FUNDAMENTOS
ORGANIZADORES
José Benedito Sacomano
Rodrigo Franco Gonçalves
Márcia Terra da Silva
Silvia Helena Bonilla
Walter Cardoso Sátyro
AUTORES
Alessandro Wendel Borges de Lima
Ataíde Pereira Cardoso Jr.
Benedito Cristiano Petroni
Celso Affonso Couto
Edson Pereira da Silva
Elisângela Mônaco de Moraes
Enio Antonio Ferigatto
lrapuan Glória Júnior
José Carlos Jacintho
Jacqueline Zonichenn Reis
Oduvaldo Vendrametto
Indústria 4.0: conceitos e fundamentos
© 2018 José Benedito Sacomano, Rodrigo Franco Gonçalves, Márcia Terra da Silva, Sílvia Helena
Bonilla, Walter Cardoso Sátyro
Editora Edgard Blücher Ltda.
Imagens da capa: iStockphoto
Blucher
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conforme 5. ed. do Vocabulário Ortográfico
da Língua Portuguesa, Academia Brasileira de
Letras, março de 2009.
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quaisquer meios sem autorização escrita da
editora.
Todos os direitos reservados pela Editora
Edgard Blücher Ltda.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
Angélica llacqua CRB-8/7057
Indústria 4.0 : conceitos e fundamentos/
organizado por José Benedito Sacomano...
[et ai.]; Alessandro Wendel Borges de Lima...
[et ai.]. - São Paulo : Blucher, 2018.
182 p. : il.
Bibliografia
ISBN 978-85-212-1370-3 (impresso)
ISBN 978-85-212-1371-0 (e-book)
1. Indústria 4.0 2. Revolução industrial
3. Inovações tecnológicas 4. Automação
industrial 5. Internet das coisas 6. Tecnologia da
informação 1. Sacomano, José Benedito
11. Lima, Alessandro Wendel Borges de
18-1772 CDD 338.09
Índice para catálogo sistemático:
1. Engenharia de Produção: Pesquisa operacional
SOBRE OS ORGANIZADORES
José Benedito Sacomano
Possui graduação em Engenharia Civil (1968), mestrado (1983) e doutorado (1990)
em Engenharia Mecânica pela Universidade de São Paulo (USP). Atualmente é pro-
fessor titular da Universidade Paulista (Unip) e orientador de mestrado e doutorado.
Tem experiência na área de engenharia de produção, com ênfase em planejamento,
projeto e controle de sistemas de produção. É fundador e pesquisador do Laboratório
da Indústria 4.0 (Lab. 4.0) do Núcleo de Inovação Tecnológica da Unip.
Rodrigo Franco Gonçalves
Possui graduação em Física pela Universidade de São Paulo (USP - 1999), mestra-
do em Engenharia de Produção pela Universidade Paulista (Unip - 2004) e doutorado
em Engenharia de Produção pela USP (2010). É professor universitário e consultor
nas áreas de tecnologia da informação, análise de negócio, engenharia de software e
mídias interativas, engenharia econômica e finanças e empreendedorismo de inovação
tecnológica. É professor titular do Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em En-
genharia de Produção da Unip, ex-professor da Escola Politécnica da USP (EPUSP) e
professor de cursos de MBA e especialização da USP e da Fundação Vanzolini.
Há quinze anos, desenvolve projetos de tecnologia da informação e análise de ne-
gócios. Foi bolsista de pesquisa e inovação em programas da Fundação de Amparo
à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e do Conselho Nacional de Desenvolvi-
mento Científico e Tecnológico (CNPq) e coordenou projeto de inovação no progra-
ma PIPE-Fapesp. Desenvolveu atividades de mentoring e treinamento especializado
em engenharia de software e análise de negócio para empresas como Banco Bradesco,
6 Indústria 4.0: conceitos efundamentos
Banco Itaú, Ford Motors do Brasil, Roche Farmacêutica, Liberty Seguros, Rede Globo
e Honda do Brasil. Atualmente, desenvolve pesquisas voltadas para a Indústria 4.0,
Smart Cities e Fintechs, com base em IoT e Blockchain.
Márcia Terra da Silva
Possui graduação em Engenharia de Produção pela Universidade de São Pau-
lo (USP - 1977), mestrado em Administração de Empresas pela Fundação Getulio
Vargas (FGV - 1985) e doutorado em Engenharia de Produção pela USP (1995). É
livre-docente pela USP e participa do grupo de pesquisa Trabalho, Tecnologia e Or-
ganização (TTO) da Escola Politécnica da USP (EPUSP). Em 2014, aposentou-se da
USP e ingressou no Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Uni-
versidade Paulista (Unip), onde atua como professora titular. Tem experiência na área
de engenharia de produção, com ênfase em organização do trabalho, atuando princi-
palmente na área de gestão de serviços e servitização das manufaturas. Recentemente,
iniciou a pesquisa da Indústria 4.0, focando a organização do trabalho demandada
pelo avanço tecnológico e o processo de servitização incentivado pela conectividade
entre empresas.
Sílvia Helena Bonilla
Possui graduação em Química (1988) e em Química Farmacêutica (1992) pela Fa-
cultad de Química da Universidad de La República Uruguay e doutorado em Ciências
pela Universidade de São Paulo (USP - 2001). Atualmente, é professora titular da Uni-
versidade Paulista (Unip). Atua na área de produção e meio ambiente, principalmente
nos seguintes temas: produção mais limpa e ecologia industrial, desenvolvimento de
novas tecnologias mais limpas e indicadores ambientais. Sua experiência inicial na
área de fisico-química, especificamente em células a combustível e a fabricação de ele-
trocatalisadores para uso em células de metanol direto, tem facilitado a criação de uma
interface com o tema de produção mais limpa. Sua formação permitiu que atuasse no
estudo do comportamento de eletrodos sólidos, metais e semicondutores
Walter Cardoso Sátyro
É pós-doutorando em Engenharia de Produção na Escola Politécnica da Universi-
dade de São Paulo (EPUSP). Possui graduação em Engenharia Mecânica pela Univer-
sidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ - 1980). Possui MBA em Gestão Estratégica de
Negócios pelo Instituto Brasileiro de Tecnologia Avançada (IBTA - 2012), mestrado
em Administração com ênfase Estratégia e seus Formatos Organizacionais (2014) e
doutorado em Engenharia de Produção com ênfase em Gestão de Sistemas de Ope-
ração (2017), ambos pela Universidade Paulista (Unip). Tem experiência nas áreas de
engenharia, marketing, administração e comércio exterior.
CONTEÚDO
APRESENTAÇÃO ................................................................................................ 13
PREFÁCIO .......................................................................................................... 15
INTRODUÇÃ0.................................................................................................... 17
1.1 Primeira Revolução Industrial .......................................................................................18
1.2 Segunda Revolução Industrial .......................................................................................19
1.3 Terceira Revolução Industrial ........................................................................................20
1.4 Quarta Revolução Industrial..........................................................................................21
Referências..........................................................................................................................23
INDÚSTRIA 4.0: CONCEITOS E ELEMENTOS FORMADORES ............................. 27
2.1 Introdução.....................................................................................................................27
2.2 A Indústria 4.0 na prática ..............................................................................................29
2.3 Transformação digital e a Indústria 4.0 .........................................................................31
2.4 Elementos formadores da Indústria 4.0 .......................................................................33
2.4.1 Elementos base ou fundamentais ..........................................................................34
2.4.1.1 Sistemas ciber físicos (CPS) ..............................................................................34
2.4.1.2 Internet das coisas (loT) ...................................................................................34
2.4.1.3 Internet de serviços {loS)..................................................................................35
2.4.2 Elementos estruturantes ........................................................................................36
2.4.2.1 Automação .......................................................................................................36
2.4.2.2 Comunicação máquina a máquina (machine to machine - M2M) ....................37
2.4.2.3 Inteligência artificial (artificial intelligence - AI) ..............................................37
2.4.2.4 Big data analytics (análise de big data) ............................................................37
2.4.2.5 Computação em nuvem ...................................................................................38
2.4.2.6 Integração de sistemas .....................................................................................38
8 Indústria 4.0: conceitos efundamentos
2.4.2.7 Segurança cibernética ......................................................................................38
2.4.3 Elementos complementares ...................................................................................39
2.4.3.1 Etiquetas de RFID .............................................................................................40
2.4.3.2 Código QR.........................................................................................................40
2.4.3.3 Realidade aumentada ......................................................................................41
2.4.3.4 Realidade virtual...............................................................................................42
2.4.3.5 Manufatura aditiva ou impressão 3D ............................................................... 43
Referências..........................................................................................................................44
SISTEMAS CIBER FÍSICOS .................................................................................. 47
3.l lntrodução.....................................................................................................................47
3.2 Estrutura de sistemas ciber físicos................................................................................ 48
3.3 CPS e Indústria 4.0 ........................................................................................................ 50
3.4 Aplicações de sistemas ciber físicos.............................................................................. 51
3.5 Sensores e atuadores....................................................................................................52
3.6 Considerações finais......................................................................................................54
Referências..........................................................................................................................54
INTERNET DAS COISAS (IOT) ............................................................................ 57
4.1 Introdução.....................................................................................................................57
4.2 Fundamentos da loT .....................................................................................................59
4.3 Desafios e barreiras.......................................................................................................62
4.4 Implicações para os diversos stakeholders....................................................................64
4.5 Considerações finais......................................................................................................64
Referências..........................................................................................................................65
INTERNET DE SERVIÇOS (IOS)........................................................................... 67
5.1 Introdução- o que é serviço?.......................................................................................67
5.2 Economia de serviços....................................................................................................68
5.3 Servitização: produtos tornam-se serviços................................................................... 69
5.4 Internet de serviços ......................................................................................................70
5.5 Fundamentos técnicos ..................................................................................................73
5.6 Internet de serviços e a sociedade................................................................................75
Referências..........................................................................................................................76
ELEMENTOS ESTRUTURANTES DA INDÚSTRIA 4.0 .......................................... 79
6.1 Introdução.....................................................................................................................79
Conteúdo 9
6.2 Automação e comunicação máquina a máquina ..........................................................79
6.2.1 M2M na produção ..................................................................................................80
6.2.2 M2M e a internet das coisas...................................................................................81
6.3 Inteligência artificial ......................................................................................................82
6.3.1 Um caso de aplicação de inteligência artificial .......................................................84
6.4 Big data ......................................................................................................................... 85
6.4.1 Data analytics (DA)..................................................................................................86
6.4.2 Big data analytics na Indústria 4.0..........................................................................87
6.5 Computação em nuvem ................................................................................................88
6.6 Integração de sistemas..................................................................................................89
6.7 Segurança cibernética ..................................................................................... 90
Referências..........................................................................................................................90
ORGANIZAÇÃO E TRABALHO 4.0 ...................................................................... 95
7.1 Introdução.....................................................................................................................95
7.2 As quatro eras industriais..............................................................................................96
7.3 A organização da Indústria 4.0 ..................................................................................... 102
7.3.1 As várias formas de conectividade na Indústria 4.0 .............................................. 102
7.3.2 O mercado consumidor e o mercado de mão de obra na Indústria 4.0 ................... 103
7.3.3 A produtividade nos sistemas de produção 4.0..................................................... 107
7.3.4 O conteúdo do trabalho........................................................................................108
7.3.5 A estrutura organizacional....................................................................................109
7.3.6 A cadeia de produção de valor ............................................................................. 110
7.4 Considerações finais....................................................................................................110
Referências........................................................................................................................ 112
INDÚSTRIA 4.0 E SUSTENTABILIDADE ............................................................ 113
8.1 lntrodução...................................................................................................................113
8.2 Cenário de implantação ..............................................................................................116
8.3 Cenário de atividades da Indústria 4.0........................................................................ 116
8.4 Cenário de integração da Indústria 4.0 e sustentabilidade .........................................117
8.5 Cenário em longo prazo ..............................................................................................118
Referências........................................................................................................................ 120
A SEGURANÇA DA INFORMAÇÃO NA INDÚSTRIA 4.0.................................... 121
9.1 lntrodução...................................................................................................................121
10 Indústria 4.0: conceitos efundamentos
9.2 A dependência da informação nas empresas .............................................................121
9.3 De onde vem o perigo? ...............................................................................................122
9.3.1 Ciclo de vida da informação..................................................................................123
9.3.2 O manuseio da informação...................................................................................124
9.3.3 O armazenamento da informação ........................................................................ 124
9.3.4 O transporte da informação .................................................................................124
9.3.5 O descarte da informação.....................................................................................124
9.4 Conceitos da segurança da informação ...................................................................... 124
9.4.1 Autorização...........................................................................................................127
9.4.2 Autenticidade .......................................................................................................127
9.4.3 Severidade e criticidade........................................................................................128
9.4.4 Ameaças ...............................................................................................................128
9.4.5 Vulnerabilidades ...................................................................................................128
9.5 A segurança da informação na era da Indústria 4.0 .................................................... 129
9.5.1 Sistemas ciber físicos e a cibersegurança .............................................................130
9.6 Dados organizacionais.................................................................................................130
9.6.1 Internet das coisas (loT) e big data....................................................................... 131
9.7 Violação de segurança ................................................................................................131
9.7.1 Tipos de agressores ..............................................................................................131
9.8 Protocolos seguros na Indústria 4.0 ............................................................................ 132
Referências........................................................................................................................134
GESTÃO DE MANUTENÇÃO E ATIVOS NA INDÚSTRIA 4.0 .............................. 135
10.l lntrodução.................................................................................................................135
10.1.1 A norma regulamentar...