“The future is already here; it’s just not evenly distributed”. A frase é atribuída ao autor norte-americano de ficção científica William Gibson, e descreve na perfeição aquilo que é a realidade da indústria portuguesa. Enquanto se fala de Inteligência Artificial, gémeos digitais e robôs autónomos, muitas fábricas continuam dependentes de máquinas com décadas, processos manuais e folhas de Excel. Perante os crescentes desafios relacionados com eficiência, sustentabilidade e escassez de mão de obra qualificada, a indústria nacional terá inevitavelmente de acelerar a transformação digital. A resposta pode passar pelo PRODUTECH R3, uma agenda mobilizadora onde o INESC TEC assume um papel central.
A grande questão passa agora por perceber como integrar estas soluções em fábricas construídas muito antes da era dos dados; como adaptar inovação à realidade de cada empresa; como transformar processos sem parar aquilo que nunca pode parar. Pedro Senna, Romão Santos e Davide Carneiro ajudam-nos a perceber de que forma a tecnologia pode contribuir para tornar a indústria portuguesa mais competitiva à escala europeia e internacional.
Regressemos ao universo da ficção científica, desta vez para visitar o Silo, de Hugh Howey, uma sociedade alternativa assente em níveis, onde sistemas antigos e modernos coexistem no mesmo espaço e onde a sobrevivência depende da capacidade de manter tudo operacional. Aquilo que torna particularmente interessante a visão do autor, à semelhança da abordagem usada por William Gibson, é o facto de este futuro imaginado parecer mais plausível do que carros voadores ou teletransporte. Este Silo, com a sua infraestrutura complexa e quase invisível, pode muito bem ser comparado a uma fábrica em solo português, onde poucos compreendem verdadeiramente o funcionamento de todo o sistema e muitos aprenderam apenas a mantê-lo operacional.
Como vamos, então, fazer coexistir nova tecnologia com décadas de processos, máquinas, operadores e sistemas que nunca foram pensados para comunicar entre si?
O desafio da transformação digital não é tecnológico
Pedro Senna, business developer do INESC TEC e gestor de projetos na área da indústria, acredita que essa é precisamente a missão do PRODUTECH R3: transformar aquilo que durante décadas foi visto apenas como “chão de fábrica” num ecossistema inteligente, conectado e capaz de tomar decisões em tempo real.
Comecemos, então, pelo invisível: fluxos de dados, sistemas que comunicam entre si, plataformas capazes de interpretar informação proveniente de diferentes equipamentos. (No Silo, o equivalente ao departamento de IT que controla os sistemas, os servidores e os fluxos de informação. Quase ninguém percebe exatamente como tudo funciona; sabem apenas que o sistema continua operacional.)
“Os sistemas industriais modernos têm de garantir que máquinas, sensores, softwares e plataformas diferentes consigam comunicar entre si, mesmo tendo sido desenvolvidos em épocas, linguagens e tecnologias completamente distintas. No fundo, criamos aquilo a que chamamos um motor semântico: um sistema capaz de traduzir e interpretar diferentes ‘línguas’ tecnológicas”, refere Pedro Senna. E essa tradução começa muitas vezes em máquinas com 30 ou 40 anos: “Há fábricas onde os operadores ainda precisam de ligar manualmente um portátil à máquina para descarregar dados. Noutras, há máquinas industriais completamente funcionais, mas incapazes de comunicar com os sistemas modernos da empresa”.
Algumas empresas acabam por investir em máquinas mais modernas, mas não estão a transformar verdadeiramente os seus processos produtivos. Uma máquina mais avançada, por si só, não significa uma indústria digitalizada. É precisamente aqui que entra o chamado retrofitting: a modernização de máquinas antigas sem necessidade de as substituir. “O objetivo do retrofitting é tornar esses equipamentos inteligentes, adicionando sensores, conectividade e capacidade de comunicação com os restantes sistemas da empresa, tornando os equipamentos capazes de comunicar automaticamente com sistemas de gestão industrial, permitindo acesso em tempo real a dados de produção, desempenho, consumo energético ou manutenção”, esclarece o investigador. Romão Santos, também investigador do INESC TEC, vai mais longe: “Não é um trabalho simples. Mas é uma das formas mais realistas de acelerar a transformação digital da indústria sem obrigar as empresas a substituir todo o parque industrial.”
Esta mudança vai muito além da tecnologia. Obriga também os operadores a desenvolver novas competências. Passamos da era dos Tempos Modernos de Charles Chaplin – de chave de fendas na mão a executar tarefas sequenciais e repetitivas – para uma fábrica onde o operador precisa de interpretar informação digital, perceber interfaces e tomar decisões.
Na opinião do investigador Davide Carneiro, o verdadeiro problema da indústria moderna não é necessariamente tecnológico. É estrutural. Cultural. Organizacional. “Muitas empresas começam pelo fim”, defende. “Querem colocar Inteligência Artificial em cima dos problemas sem perceber primeiro se têm os dados, os processos e as pessoas preparadas. A tecnologia existe, mas a sua adoção depende muito mais da preparação das organizações do que dos algoritmos”. Ou seja, o desafio da transformação digital da indústria já não está na tecnologia, mas nas pessoas, nos processos e na capacidade das empresas para integrarem novas ferramentas no terreno. Talvez seja esse o grande paradoxo da transformação digital: toda a gente quer chegar ao topo do Silo, mas poucos estão dispostos a descer até à Mecânica.
Como se adaptam sistemas imperfeitos e complexos? O caso de uso da Têxteis Penedo
Davide Carneiro tem trabalhado em projetos ligados ao controlo de qualidade industrial com recurso a Inteligência Artificial, em particular na indústria têxtil. No âmbito do PRODUTECH R3, foi desenvolvida uma solução capaz de detetar defeitos em tecidos em tempo real diretamente nos teares, na empresa Têxteis Penedo, em Guimarães. Objetivo? Substituir processos de inspeção manual demorados e reativos por um sistema inteligente capaz de identificar defeitos enquanto o tecido ainda está a ser produzido.
“Atualmente, muitas empresas fazem controlo de qualidade a posteriori. No caso dos têxteis, o rolo é produzido e só dias depois alguém o desenrola para procurar defeitos visualmente. Há já soluções, mas apenas algumas conseguem identificar que há um defeito numa determinada zona do tecido”, explica o também professor da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Politécnico do Porto. O sistema desenvolvido vai mais longe, utiliza sete câmaras instaladas pelo parceiro Smartex em cada tear e modelos de visão por computador desenvolvidos pelo INESC TEC capazes de identificar, classificar e localizar defeitos com precisão. “Se houver uma mancha de óleo, por exemplo, o sistema consegue detetá-la no momento em que aparece. Isso permite parar automaticamente o tear antes que o defeito estrague o rolo inteiro”.
Mas desenvolver a Inteligência Artificial foi apenas uma pequena parte do desafio. Segundo Davide Carneiro, a maior dificuldade esteve na recolha e preparação dos dados necessários para treinar os modelos, que se revelaram incompletos e não refletiam a realidade: defeitos registados sem coordenadas, sem classificação ou com valores por defeito. A somar a esta dificuldade, perceberam que os defeitos eram relativamente raros. “Para treinar algoritmos, tivemos de pedir à empresa para adulterar o processo produtivo e criar defeitos reais. Isso obrigou a parar a produção, alterar configurações dos teares e desperdiçar material.” Outro desafio surgiu da enorme variabilidade dos padrões têxteis. Um algoritmo treinado para reconhecer defeitos num tecido liso podia confundir padrões geométricos ou riscas com falhas reais. Para ultrapassar essa limitação, os investigadores desenvolveram um sistema para gerar dados sintéticos e criar artificialmente novos padrões sobre imagens reais. Perceberam agora? O verdadeiro desafio não é desenvolver tecnologia, mas adaptá-la e fazê-la funcionar em sistemas imperfeitos e complexos. (Ninguém pode simplesmente descer ao último nível, desligar a infraestrutura e começar de novo, sob o risco de tudo colapsar).
Este tipo de abordagem enquadra-se numa área conhecida como Zero Defects Manufacturing, que tem sido explorada pelo INESC TEC desde 2020. No fundo, trata-se de detetar problemas durante o processo produtivo e não apenas no produto acabado. Pedro Senna exemplifica: “Num sofá, por exemplo, sem o apoio da tecnologia, é impossível perceber se a cola foi bem aplicada, se os pregos ficaram no ângulo correto ou se determinadas juntas foram mal montadas. O problema só aparece depois, quando o consumidor se senta e o sofá quebra. Imaginem poder detetar qualquer falha durante o próprio processo e não no final.” Life changing, isn’t it?
Uma réplica da fábrica inteira
Vamos falar sobre Digital Twins. De forma simples, um gémeo digital é uma representação virtual de algo real: pode ser um produto, um equipamento, uma operação ou até uma fábrica inteira. (Se a Administração tivesse acesso a uma tecnologia como esta, talvez pudesse compreender e antecipar a forma como cada decisão se iria propagar pelos diferentes níveis do Silo. Não para tornar o sistema mais justo, até porque, tal como acontece hoje com a IA, tudo depende de quem controla a tecnologia e da forma como escolhe usá-la).
“No PRODUTECH R3, o que estamos a fazer vai além do conceito clássico de gémeo digital. Estamos a virtualizar processos industriais completos: linhas de produção, equipamentos, logística interna, armazéns, veículos autónomos e até operações humanas. Trata-se de uma réplica virtual dinâmica. E isso permite-nos fazer aquilo a que chamamos comissionamento virtual”, revela Pedro Senna. Imaginem que uma fábrica quer começar a produzir um novo produto. Com o comissionamento virtual, em vez de alterar imediatamente a linha, consegue primeiro testar virtualmente diferentes cenários: perceber quais as alterações necessárias, quais os impactos nos custos, na produtividade e nos fluxos logísticos. Falamos em redução de riscos, custos e tempo de adaptação.
“O foco está em criar soluções digitais que permitam às empresas simular, otimizar e gerir fábricas inteiras em tempo real. O utilizador seleciona máquinas, equipamentos ou recursos e o próprio sistema gera automaticamente modelos de simulação capazes de prever desempenho, tempos de espera, necessidades logísticas ou impactos produtivos. No fundo, conseguimos mapear tudo o que está a acontecer na fábrica: tempos de carregamento, rotas, movimentações e desempenho dos sistemas. Mas o mais importante é que também conseguimos perceber quando algo está errado”, acrescenta Romão Santos. Essa informação pode ser usada para manutenção preventiva, uma das áreas onde a indústria continua a enfrentar grandes dificuldades. Hoje, com este tipo de solução, já seria possível perceber à distância o que aconteceu, receber alertas, analisar sensores e até apoiar remotamente a manutenção.
O sistema inclui ainda uma biblioteca de equipamentos industriais e logísticos, permitindo às empresas simular diferentes cenários produtivos. “Conseguimos perceber qual o fornecedor ou equipamento que oferece o melhor desempenho para determinado objetivo. Isto pode ser muito útil também para empresários que queiram desenhar fábricas de raiz”, avança Pedro Senna.
E as pessoas? “Os gémeos digitais de operações são praticamente inexistentes na indústria atual, mas nós já temos soluções nesta área. Conseguimos transformar trabalhadores em modelos anonimizados, através da captura de imagem, e perceber ângulos de trabalho, esforço físico, ergonomia e movimentos repetitivos”, ilustra Pedro Senna. O objetivo não é apenas melhorar produtividade, mas perceber como melhorar as condições de trabalho.
O INESC TEC tem vindo a desenvolver soluções baseadas em visão computacional, câmaras inteligentes e sensores que permitem gerar dados mais rigorosos e detalhados para os modelos de simulação industrial. “O objetivo é garantir que a simulação tenha uma fonte de verdade o mais próxima possível da realidade”, explica Romão Santos.
Pensar o produto do início ao fim
Há peças mantidas por gerações – artefactos – a circular entre os níveis do Silo. Ganharam uma nova vida, passaram a ter importância ao invés de serem objetos banais. Se isto não é a metáfora da economia circular! O PRODUTECH R3 trabalha precisamente sobre aquilo a que os investigadores chamam Product Lifecycle Management: sistemas capazes de acompanhar todo o ciclo de vida de um produto, desde a fase de conceção até à reutilização, reciclagem ou remanufactura. O objetivo passa por garantir que os produtos possam voltar ao sistema industrial no final da sua vida útil.
“Uma das soluções mais interessantes é o conceito de Design for Excellence”, explica Pedro Senna. “A ideia é perceber como desenhar um produto para que, no futuro, ele possa ser desmontado, reaproveitado e integrado novamente no processo industrial.” E isso implica pensar em toda a cadeia produtiva: fornecedores, componentes, montagem, utilização pelo consumidor e desmontagem futura. “Temos metodologias e ferramentas que permitem simular como as peças são produzidas, montadas e, mais tarde, desmontadas. É um trabalho muito abrangente, porque obriga a pensar vários anos à frente.”
E já que falamos em peças, como é que se coordena uma operação de manutenção que exija desmontagem, gestão de peças, utilização de ferramentas, alocação de equipas e remontagem final? Os sistemas de Advanced Planning and Scheduling (APS), ou planeamento avançado de produção, são a resposta. Pedro Senna apresenta-nos um cenário real: “Ao contrário do que muitas pessoas imaginam, há momentos em que um motor de uma aeronave comercial, como um Boeing ou um Airbus, tem de ser praticamente desmontado por completo para inspeção, manutenção e substituição de componentes. Um motor destes pode ter entre 45 mil e 55 mil peças, de tamanhos e formas muito diferentes”.
O desafio está no planeamento de todo o processo: perceber que peças devem ser retiradas primeiro, que ferramentas são necessárias em cada fase, que equipas devem intervir e como voltar a montar tudo da forma mais rápida e rigorosa possível. Conseguem imaginar, chegar ao fim de um Lego, e perceber que se esqueceram de colocar uma peça de 1 x 1 castanha? Mas onde? “A indústria aeronáutica é uma das mais reguladas do mundo e qualquer componente tem de cumprir critérios extremamente rigorosos. Sobrar uma peça é sinónimo de recomeçar uma tarefa que se pode arrastar por meses”. Por isso, o planeamento não serve apenas para acelerar processos. Serve também para garantir rastreabilidade, controlo de qualidade e validação técnica de cada etapa.
Na aeronáutica ou em qualquer outro setor, os sistemas APS conseguem ainda integrar informação histórica sobre o estado das peças, ciclos de utilização, inspeções anteriores e necessidades futuras de substituição, permitindo uma gestão muito mais eficiente da manutenção.
Logística: o grande jogo de Tetris da indústria
Uma pequena falha num nível pode comprometer todo o equilíbrio do sistema. E, por vezes, isso pode acontecer nas áreas frequentemente ignoradas pelas empresas, mas onde existem enormes perdas de eficiência. Bem-vindos ao mundo da logística e intralogística.
Na maior parte das indústrias o planeamento da produção até costuma estar relativamente otimizado. O problema começa depois: como é que os produtos circulam, como se carregam os camiões, como se organizam os armazéns, como é feita a distribuição interna. Grande parte destas operações continua dependente da experiência humana e o investigador Romão Santos utiliza a melhor metáfora: “Quando estão a carregar camiões, os operadores acabam por fazer uma espécie de Tetris em tempo real. Com paletes de diferentes tamanhos e pesos, agem com base na experiência e encontram a solução através de tentativa-erro”.
No INESC TEC, trabalha-se para substituir este processo por sistemas autónomos. Uma das soluções em desenvolvimento é um empilhador autónomo capaz de carregar camiões sem operador humano. O sistema combina algoritmos de otimização, visão computacional, sensores e modelos de simulação capazes de calcular automaticamente qual a melhor distribuição da carga dentro do camião. “O algoritmo determina o mosaico ideal das paletes, tendo em conta peso, estabilidade, volume e até a ordem de descarga nos diferentes clientes. A isto junta-se um modelo de simulação que avalia rotas, congestionamentos e eficiência operacional”, resume Romão.
Vamos ainda mais longe: veículos inteligentes que conseguem reconhecer o ambiente envolvente, e detetar, por exemplo, restos de paletes, lixo, danos ou obstáculos, gerando um alerta. E se o sistema falhar, existe ainda a possibilidade de teleoperação remota através de óculos de realidade virtual ou monitores, permitindo controlar o veículo à distância.
Num dos projetos com a Sonae, por exemplo, foi desenvolvido um sistema de distribuição dinâmica para entrepostos logísticos. “Hoje, muitas lojas têm posições fixas no armazém. O nosso sistema permite reorganizar isso dinamicamente em função da procura e da operação diária.” Os resultados foram claros: ganhos de eficiência entre 11% e 14%.
Isto soa mesmo a futuro!
“No INESC TEC oferecemos resultados”
O futuro da indústria continua, contudo, a ser ambíguo. Em muitas empresas, a palavra “digitalização” ainda significa pouco mais do que folhas de Excel, processos semi-manuais e máquinas incapazes de comunicar entre si. Voltamos, por isso, ao ponto de partida: não basta aplicar tecnologia.
“As empresas têm pressão para faturar, vender e entregar. Muitas vezes olham para estas soluções como tempo perdido”, reforça Pedro Senna. Romão Santos concorda. Segundo o investigador, uma parte significativa da indústria portuguesa continua sem estruturas digitais suficientemente maduras para integrar tecnologias mais avançadas. “Temos muitas empresas em Portugal que não têm os sistemas de informação atualizados, não têm os processos estruturados e ainda existe pouca literacia sobre aquilo que é um digital twin e sobre os ganhos reais que estas soluções podem trazer.”
É precisamente aí que entra o papel do INESC TEC. Segundo Romão Santos, aquilo que diferencia o Instituto é a capacidade de integrar diferentes áreas – simulação, Inteligência Artificial, interoperabilidade, sustentabilidade, robótica e sistemas industriais reais – numa abordagem adaptada à realidade de cada empresa. Pedro Senna sublinha que o objetivo nunca passa por chegar às empresas com soluções fechadas: “Nós não chegamos às empresas a dizer ‘temos esta tecnologia’. Primeiro ouvimos a empresa, percebemos os seus problemas, o modelo de negócio e os objetivos. Só depois é que propomos soluções. A nossa forma de trabalhar permite que o processo produtivo continue sem interrupções enquanto fazemos investigação e inovação”
Ainda assim, a escalabilidade continua a ser um desafio. Muitas empresas mostram interesse em pilotos tecnológicos no chão de fábrica, mas hesitam quando chega o momento de transformar demonstrações em investimento estrutural. Por isso é que a capacitação industrial é tão importante. Davide Carneiro recorda que o INESC TEC tem procurado preparar organizações, equipas e culturas de trabalho para receber tecnologia através do seu Laboratório de Indústria e Inovação (iiLab) e de iniciativas de formação dirigidas à indústria, como a primeira edição do curso Inteligência Artificial no Shopfloor, cujas inscrições devem abrir brevemente. “O objetivo não é apenas mostrar tecnologia. É ajudar as empresas a perceber o que precisam para integrar estas soluções com sucesso.”
A estratégia passa muitas vezes por evoluir passo a passo, evitando investimentos disruptivos imediatos. “No fundo, ajudamos as empresas a acelerar a transformação digital combinando investigação, consultoria avançada e desenvolvimento tecnológico adaptado à realidade de cada indústria”, frisa Romão Santos.
Spolier alert: estas tecnologias não estão reservadas apenas a grandes grupos industriais. Um dos exemplos mais concretos desta abordagem está a acontecer numa empresa familiar de Amarante dedicada à produção de portas pivotantes, onde está a ser desenvolvido um gémeo digital da fábrica que permitirá simular diferentes cenários de expansão e apoiar decisões estratégicas da empresa. “A empresa prepara-se para expandir instalações e construir um novo pavilhão industrial. Antes de avançar fisicamente com as alterações, o modelo digital permitirá testar virtualmente diferentes configurações, reorganizar layouts industriais e antecipar o impacto das decisões na operação futura”, adianta o investigador.
No fundo, aquilo que o INESC TEC procura oferecer não é apenas tecnologia, mas resultados. “Para qualquer problema, o INESC TEC tenta encontrar uma solução”, garante Pedro Senna. “E se não conseguirmos sozinhos, procuramos parceiros tecnológicos no tecido empresarial. Porque aquilo que nos move é o conhecimento. E o conhecimento é uma das poucas coisas que, quanto mais se distribui, mais cresce.”
Os investigadores do INESC TEC são como a personagem principal do Silo, Juliette Nichols: motivada pela resolução de problemas reais, mas com a coragem de procurar respostas fora da caixa.
O futuro chegou, mas as pessoas permanecem
Talvez seja aqui que termina (ou começa) a verdadeira discussão sobre o futuro da indústria. Não na Inteligência Artificial, nem nos gémeos digitais, nem sequer na robótica autónoma. Mas nas pessoas.
Segundo Davide Carneiro, o futuro da indústria dependerá menos da sofisticação tecnológica e mais da capacidade das organizações para se adaptarem. E essa transformação já começou.
Apesar de toda a evolução tecnológica, Pedro Senna acredita que o grande tema da indústria do futuro continuará inevitavelmente a ser humano. “O principal pilar da Indústria 5.0 não é sustentabilidade nem resiliência. É ser human-centric. Ou seja: colocar as pessoas no centro da decisão industrial”. Apesar do avanço da automação industrial, nem sempre faz sentido substituir pessoas por robôs. Em muitas tarefas, os humanos continuam a ser mais rápidos, adaptáveis e economicamente eficientes do que sistemas totalmente automatizados. Por isso, o objetivo, lembram os investigadores, não passa necessariamente por eliminar trabalho humano, mas por reorganizar funções e criar ambientes industriais mais equilibrados entre eficiência, qualidade e segurança operacional.
Numa altura em que a indústria enfrenta elevados níveis de rotatividade e escassez de mão de obra qualificada, muitas empresas procuram usar tecnologia para reduzir esforço físico, tarefas repetitivas e contextos mais desgastantes. “Ainda estamos longe desta realidade, mas acredito que vamos deixar de olhar para dashboards e folhas de Excel. Vamos simplesmente perguntar ao sistema o que se passa e ele vai responder”, antecipa Romão Santos. Um futuro que passará também por sistemas energéticos mais inteligentes, fábricas capazes de gerir a própria energia, logística autónoma e operações cada vez mais eficientes. E o futuro poderá acelerar ainda mais com tecnologias emergentes como a computação quântica.
Nos 144 níveis, poucos são os que verdadeiramente sabem por que a porta do Silo foi fechada. Poucos ousaram perguntar se existia alguma coisa para lá daquelas paredes. Durante décadas, muitas fábricas limitaram-se a sobreviver: manter sistemas antigos operacionais, adaptar processos, evitar paragens. Agora, começa a existir espaço para imaginar algo diferente. Estamos finalmente preparados para abrir a porta?
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