Chegamos à usina 4.0?

Apesar de um longo caminho a ser percorrido, alguns grandes grupos já incorporaram e seguem em busca da implementação de tecnologias 4.0. É o começo de um futuro revolucionário e de um novo jeito de produzir

Natália Cherubin

Assim como qualquer setor da economia, a agroindústria canavieira é mais um importante segmento que vem sendo impactado fortemente pela a chamada Revolução 4.0, a qual tem causado uma verdadeira digitalização de todos os processos dentro das usinas sucroalcooleiras, desde o campo com a possibilidade do levantamento de dados via drones e smartphones, até a indústria, com a expansão da automação dos processos envolvidos na produção de açúcar, etanol e energia.

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Embora o avanço de algumas das tecnologias da chamada indústria 4.0 seja realidade em alguns grandes grupos, será que a agroindústria canavieira já chegou, de fato, a era 4.0? Ou ainda estamos engatinhando? Com ajuda de especialistas no assunto, a RPAnews mostra os avanços do setor bem como as possibilidades e desafios que persistem e impedem a rápida evolução digital dentro deste segmento.

Na usina São Martinho de Pradópolis, SP, o desenvolvimento de uma rede 4G própria e tecnologias embarcadas nas máquinas do campo tem permitido análise de dados e tomadas de decisões em tempo real, além de prever possíveis desgastes e paradas inesperadas no CTT

A chamada Indústria 4.0 vem se tornando uma realidade em muitos segmentos desde a década de 70, de acordo com Marcio Venturelli, especialista em Digitalização e Indústria 4.0 e coordenador técnico do SENAI-SP, com a implantação de computadores nas linhas de produção que permitiram não só garantir maior controle, como também ganhos de escala sem precedentes, além de padronização e elevada qualidade dos processos, reduzindo drasticamente os custos de produção.

A partir da década de 90, a massificação do uso da internet trouxe uma nova forma de se comunicar, impactando diretamente a vida das pessoas. Hoje, com as redes sociais e o uso de dispositivos online como os smartphones para compartilhamento de dados, é possível trocar informações, fazer pesquisas, análise de dados, tomar decisões e ações em tempo real, e de forma totalmente descentralizada, algo que já acontece em algumas unidades canavieiras.

O setor sucroenergético também evoluiu no quesito automação industrial. No início da década de 80, por exemplo, os painéis de controle pneumáticos foram substituídos por eletrônicos, depois por redes industriais na década de 90. No início do século XXI já víamos usinas com Centro de Operações comandando toda a planta a partir de tecnologias de controladores programáveis, todos conectados em redes de informação e controle.

Apesar de novas tecnologias já disponíveis, o setor ainda vive um período de transição. Novos conceitos como Internet das Coisas (IoT) e Banco de Dados (Big Data) permeiam o novo cenário, mas ainda de forma tímida, segundo Venturelli.

“O setor ainda não tem maturidade de entendimento quanto ao conceito de indústria 4.0. Este segmento vem enfrentando muitos desafios que ofuscaram as questões de inovação e tecnologia nos últimos 10 anos. O que podemos pontuar é que há um uso mais avançado da TI (Tecnologia da Informação) quanto ao gerenciamento de dados. Na minha percepção, quem está sendo protagonista, ainda que timidamente, são os departamentos de Tecnologia da Informação e Computação (TIC) com o uso de dados de geoprocessamento, estações meteorológicas e histórico produtivo”, afirma.

Para o especialista, precisa haver uma convergência entre TA (Tecnologia da Automação), TO (Tecnologia da Operação) e TI em um setor único e com diretriz estratégica, uma velha discussão que vem desde a década de 90, mas que, segundo ele, até hoje não foi equacionada. “Também vemos uso de algumas tecnologias como drones e AGV (Veículo Guiado Automaticamente) em tratores, mas ainda é muito incipiente”, complementa.

Atualmente, em grande parte das unidades, a maioria das variáveis dos processos são centralizados nos controladores operacionais, não sendo interligadas e não se comunicando umas com as outras. Por exemplo, quando há redução da carga de cana na moenda, os motores continuam recebendo máxima carga, o que reduz a eficiência energética. Ou, quando há contaminação no mosto, por exemplo, demora-se a chegar no resultado vindo do laboratório para definição do tratamento necessário, o que compromete o rendimento produtivo.

As operações acabam sofrendo, segundo Venturelli, pela alta variabilidade, mais consumo de água, ar comprimido, vapor, gases e energia elétrica, gerando desperdícios.
Apesar de ainda não haver uso de Inteligência Artificial no setor, algumas poucas unidades têm feito uso de APC (Controle de Avançado de Processos) e RTO (Otimização em Tempo Real), boas iniciativas, mas que, sem uso de tecnologia habilitadora, o Cloud (Computação em Nuvem), são só são ilhas de soluções, segundo Venturelli.

“Talvez o principal problema seja o entendimento deste setor. Observo que a alta gerência tem a visão de que estão sendo bombardeados por ‘soluções comerciais’. Já na supervisão e operação não há conhecimento, e em alguns casos há até medo do que se ouve falar sobre a indústria 4.0, ” critica.

O QUE SERIA UMA USINA 4.0, AFINAL?

O conceito e Indústria 4.0 é a interconexão de toda a cadeia de valor, ou seja, informações + pessoas + equipamentos, todos conectados em rede e utilizando Inteligência Artificial para a tomada de decisões na indústria.

A Usina 4.0 não é diferente. Ela terá todo o processo produtivo conectado. Todos os seus instrumentos e equipamentos estarão trocando informações, enquanto todas as máquinas do setor agrícola também estarão conectados no GPS trocando informações com a indústria e os parâmetros dos controladores. Isso será permitido através da Internet da Coisas (IoT), a maioria com redes sem fio Wireless.

Além disso, explica Venturelli, todo o processo produtivo será simulado através de cenários, tanto de mercado, quanto de consumo, fazendo a usina produzir sob medida, na melhor relação Insumo x Venda, pois o Banco de Dados (Big Data) receberá todas as informações da cadeia produtiva, tanto interna, dos equipamentos e pessoas, quanto externa, de fornecedores, governos, clima e mercado, entregando informações para tomada de decisões, sendo ainda suportada pela Computação Cognitiva, onde os sistemas “aprenderão” com os cenários.

É a evolução do próprio controle operacional que hoje existe na forma de controladores programáveis e supervisórios, ou ainda, os SDCD (Sistemas Digitais de Controle Distribuído), oferecendo aos operadores e coordenadores as melhores opções para a tomada de decisões, analisando o ambiente produtivo com variáveis relacionadas.

“Por exemplo, caso ocorra a quebra de um caminhão, qual será o impacto que sofrerá a moagem e em qual tempo? Ou se há um aumento na umidade do bagaço, qual será o impacto na cogeração e no seu consumo na Unidade Termoelétrica? Até mesmo uma demanda pontual como produzir etanol anidro sabendo qual o melhor arranjo produtivo e em que momento obter o melhor aproveitamento, poderão ser algumas das soluções do futuro”, detalha Venturelli.

Os pilares da Usina 4.0, segundo o especialista, serão baseados nos conceitos da Indústria 4.0 e terão as seguintes características:

– Interoperabilidade dos sistemas, pessoas e informações: Tudo se intercomunica no sistema Ciberfísico da usina;

– Virtualização da fábrica: uso de modelos conectados com os sistemas físicos, podendo simular toda a safra, antes mesmo de iniciar, com todos os cenários e pré-setar equipamentos;

– Descentralização dos sistemas: permitindo que os subsistemas tomem decisões dentro do conjunto, através de modelos de automação avançados;

– Banco de dados em tempo real: maior capacidade de coletar, analisar e fornecer conhecimento da cadeia produtiva no instante que ocorre;

– Orientação a serviços e todos os sistemas: pessoas publicam e consomem informações de acordo com a demanda do modelo produtivo;

– Modularidade de todo o sistema: permitindo alta flexibilidade de mudanças de requisitos, substituição ou expansão da produção de forma inteligente.

Os principais ganhos para a planta sucroenergética neste conceito, segundo aponta Venturelli, são: a redução de custos, já que processo é rastreado; a economia de energia, com o uso de equipamentos mais eficientes; o aumento da segurança, com ações antecipadas e não mais reativas; conservação ambiental, por conta do uso eficiente de energias; redução de erros, pelo processo ser interconectado (encaixado); fim do desperdício, porque se consegue produzir na quantidade certa; transparência nos negócios, com uma rede que permite governança; aumento de qualidade de vida, já que será uma planta com pessoas produzindo de forma inteligente; e personalização e escala sem precedentes, pois se produzirá de acordo com demanda.

“A Indústria 4.0 já é uma realidade, ainda que em fase inicial e experimental em algumas plantas, todavia, é um vetor que aponta para uma nova forma de lidar com a produção. Neste setor, por enquanto, as tecnologias vêm servindo como mais uma ferramenta de eficiência na produção de etanol, açúcar e energia elétrica”, comenta.

Há diversas tecnologias dentro do conceito 4.0, no entanto, há um pré-requisito para implantação da Indústria 4.0 que passa pela Automação, Otimização e Convergência. A Digitalização Básica é o próximo passo, isto é, tecnologias que estão dentro de qualquer contexto de digitalização, que são IoT, Cibersegurança, Computação em Nuvem e Big Data.

“Podemos ainda utilizar a terminologia das Tecnologias Habilitadoras que, na prática, viabilizam e aceleram o processo de Digitalização, tais como Drones, Cobô (Robô Colaborativos), Aprendizado de Máquina, Impressão 3D, AGV (Veículo Guiado Automaticamente), Realidade Aumentada, Realidade Virtual, Gêmeos Digitais, entre outras”, explica Venturelli.

NO CAMINHO DO 4.0

O maior grupo sucroenegético do Brasil, a Raízen, hoje com 24 unidades em operação, investe em inovação em todas as suas áreas de atuação, do cultivo da cana até os processos industriais, desde a sua fundação em 2011.

Segundo Juliano Oliveira, diretor Industrial Corporativo da Raízen, a companhia, assim como muitas empresas do setor, vem passando por uma revolução e aprendendo a como utilizar o conhecimento, a comunicação e os dados gerados nos processos industriais como uma alternativa mais consistente para aumentar a eficiência operacional, potencializar os rendimentos e entender melhor o cliente.

“Para isso, em sua estratégia de evolução dos processos industriais se faz necessário o aprimoramento dos ´5Cs´ dessa nova revolução: Conhecimento, Compartilhar, Customizar, Conexão e Cloud. A Raízen já tem testado essa conexão estratégica entre esses conceitos e vem desenvolvendo tecnologias que possam otimizar os ganhos industriais”, afirma.

Uma dessas soluções é o Projeto Águia, o qual teve a implementação concluída integralmente há um ano. A solução, explica Oliveira, é um modelo de gestão integrado, que visa assegurar a máxima produtividade, qualidade, garantindo maior foco na execução dos processos.

“Por meio de uma plataforma digital, é possível realizar de uma maneira mais rápida e dinâmica os check-lists diários e a agenda mínima de atividades, entre outras tarefas, o que possibilita monitorar com ênfase a operação e garantir a execução de todos os procedimentos, como a adoção de todos os EPIs. Por meio dos resultados e dos dados obtidos, é possível identificar oportunidades e gerenciar o desempenho da produção das unidades.”

A companhia desenvolveu, adicionalmente, um aplicativo para que, por meio de smartphones, os gestores registrem as atividades de campo, otimizando tempo e potencializando a eficiência operacional. A tecnologia reforça a inteligência da área Agrícola, pois permite uma visão sistêmica de todas as frentes operacionais.

Além dessas inovações, a Raízen vem aprendendo a entender e quantificar as informações do big data que são emitidas ao longo dos processos industriais em todas as operações da empresa.

“Estamos trabalhando em processos de gestão de conhecimento, que permitem compreender esse banco de dados, otimizá-los e utilizá-los para aprimoramento interno por meio de ferramentas digitais como e-learning, realidade virtual e simulações de processos. Com esses dados identificados e possíveis de serem utilizados para benefício do setor e de toda a companhia, é possível elaborar sistemas que permitem a interconexão e otimização de toda a cadeia produtiva ao adotar a inteligência analítica aos dados da indústria, através de diversas soluções que têm surgido nos últimos anos e que podem ser aplicadas ao setor sucroenergético”, revela o diretor Industrial Corporativo da Raízen.

A automação industrial e a conectividade no campo podem trazer ganhos significativos para as indústrias e a Raízen já incorporou essa realidade na maioria dos seus processos. Um exemplo recente foi a inauguração do Laboratório do Futuro, na unidade Paraíso, em Brotas, SP, onde é possível fazer o Pagamento da Cana por Teor de Sacarose por meio de um sistema totalmente automatizado, que está facilitando os processos e o descarregamento dos caminhões que chegam às unidades produtoras.

A solução permite a emissão de um ticket onde serão encontradas informações sobre a viagem, número de cargas, fazenda, entre outros dados, que são essenciais para um pagamento mais preciso da cana que chega às unidades, baseado no teor de sacarose, que é analisado em média, em torno de 5 minutos, o que antes levava cerca de 45 minutos a uma hora. “Com a tecnologia, a frequência da amostragem é aumentada e a precisão analítica também cresce”, exalta Oliveira.

Outro projeto de destaque é o Pentágono Industrial. Criado em 2015, vem buscando padronizar o monitoramento e a programação das operações agrícolas, por meio da Central de Integração Agroindustrial (CIA).

Por conta do sucesso e da qualidade dos dados recebidos, o programa se tornou ainda mais robusto na safra 2018/19. Além das etapas de plantio e CTT, a companhia passou a acompanhar, por meio da solução, o preparo de solo e manutenção automotiva. “Aumentamos os ganhos com eficiência e produtividade”, revela o diretor Industrial Corporativo da Raízen.

DO PILOTO A REALIDADE

A Raízen apoia e realiza diversos projetos que possam vir a ser utilizados para suprir as necessidades atuais da produção. Para isso, criou um hub de inovação – o Pulse, que hoje conta com 25 startups que podem testar projetos pilotos nos campos da companhia.

“Dependendo do nível de maturação da solução, as tecnologias podem ser utilizadas pela própria empresa e outras do setor, consequentemente. Essa é realidade para cinco startups, que já estiveram em um momento de piloto e hoje são grandes parceiras e fornecedores. Entendemos que os pilotos são a grande porta de entrada para que tecnologias inéditas possam vir a revolucionar o agronegócio e outros setores da economia”, afirma Oliveira.

A Aimirim é uma das cinco startups contratadas que traz uma solução diferenciada, que permite a utilização de diferentes formas de inteligência artificial para melhorar o controle da caldeira e reajustar o melhor ponto de operação na cogeração, o que permite otimizar todo o processo, incluindo a caldeira e geração de energia.

“A Raízen já está inserida na indústria 4.0 e tem o objetivo de potencializar ainda mais esse cenário por meio do fomento de soluções, como são os casos de iniciativas como Pentágono, Laboratório do Futuro e também do Pulse, que já tem startups em seu portfólio atual que se utilizam da inteligência artificial para melhorar os processos – como é o caso da Sensor Vision”, destaca o diretor Industrial Corporativo da companhia.

Ainda de acordo com ele, a empresa acredita que a indústria sucroalcooleira do futuro será cada vez mais conectada, seja por meio da geração de big data entre as próprias máquinas ou na relação homem-máquina. “Esse cenário poderá gerar ganhos significativos nas indústrias e solucionar alguns entraves do setor, principalmente de conectividade.”

USINA AFIRMA TER CHEGADO A ERA 4.0

No início do mês de agosto, em reportagem ao jornal Valor, o Grupo São Martinho afirmou que a partir desta safra, iniciada em abril de 2019, a sua unidade localizada em Pradópolis, SP, passou a operar em modo 4.0. Em seus canaviais, todas as máquinas e equipamentos não apenas geram dados como estão conectadas a um sistema de troca de informações em tempo real por meio da sua rede própria de internet. A rede gera um grande Big Data que permite com que as máquinas saibam como operar no campo. É a inteligência artificial entrando em ação.

A grande novidade, segundo reportagem, é o uso da rede de internet, que permite a conexão das máquinas entre si, potencializando a velocidade das informações e autonomia dos equipamentos.

O projeto tomou forma com a ajuda do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD), que conseguiu desenvolver uma rede própria de internet 4G. O projeto, que custou R$ 60 milhões será expandido para outras três unidades do grupo em dois anos.

A rede própria de internet tem antenas repetidoras nas seis torres de monitoramento que a empresa já tinha em seus canaviais. As antenas transmitem dados com base na tecnologia 4G, e em uma frequência distinta da usada em outras redes, de 250 MHz, para evitar interferência.

Todas as máquinas da sua frota estão vindo com computadores de bordo que capitam o sinal transmitido pelas antenas. Cada máquina converte o sinal das antenas para o sinal de wifi, fazendo com que todas as informações das operações de cada máquina cheguem em tempo real no centro de operações, onde um equipe de profissionais monitora e analisa o andamento das atividades. Com isso, de acordo com Luís Teixeira, gerente agrícola da Usina São Martinho e responsável pelo Centro de Operações Agrícolas (COA), ao jornal Valor, os operadores podem se dedicar mais a sua operação e a análise dos dados se torna mais assertiva.

Se um sensor de uma colhedora identifica que ela está andando mais rápido do que seria o ideal, por exemplo, a informação é recebida pelo controlador do COA, que entra em contato com o operador da máquina para ajustar a velocidade em tempo real, o que permite uma economia valiosa de tempo. Antes disso, a São Martinho captava os dados que a máquina gerava com seus sensores em pen drives e só os lia dias depois.

Com isso, de acordo com Teixeira, é possível antecipar os problemas e prever quando uma máquina sofrerá desgaste e qual o melhor momento para uma manutenção preventiva. Foi possível prever com 26 horas de antecedência quando uma máquina ia parar.

A inteligência artificial, em combinação com o uso de satélite, também pode ser usada para realizar análise de solo à distância e identificar as deficiências de cada metro quadrado. Imediatamente é desenhada uma fórmula específica de adubo para realizar a correção e, depois que a mistura é feita, a máquina que vai à lavoura realizar a fertilização é programada para realizar a aplicação na medida certa para a necessidade daquela área.

Até prevenção contra incêndio pode ser feita por inteligência artificial. A companhia está desenvolvendo um algoritmo que detecta fumaça, o que pode acionar as equipes de combate a fogo mais próximas ao local. Atualmente, as câmeras de vigilância instaladas nas torres já fazem esse monitoramento, e o cruzamento de seus dados podem gerar com precisão longitude e latitude do foco de incêndio.

Apesar de já fazer uso da I.A em alguns processos agrícolas, as máquinas do campo ainda não conversam com a indústria diretamente. Esse é o próximo passo da companhia, que já tem um grande grau de integração nesse sentido.

A companhia tem um algoritmo em elaboração que aloca as colhedoras de cana conforme o ritmo da indústria. Se, por exemplo, uma esteira da usina que transporta a cana recebida sofre um problema mecânico, o que reduz o ritmo da moagem, o algoritmo pode indicar para uma frente de colheita (composta por uma colhedora e um caminhão de transporte de cana) ir a uma região mais distante, que demorará mais para colher e transportar a cana à indústria, ou para uma área onde a produtividade deve ser menor.

Com a plena implementação do COA na empresa, o objetivo é que o custo de produção caia de R$ 2 a R$ 3 por tonelada de cana colhida – o que, dentro da capacidade de moagem do grupo, de 24 milhões de toneladas, representaria uma economia de até R$ 72 milhões por safra.

CHEGAREMOS LÁ?

Venturelli admite que nos grandes grupos há uma busca por Planos Diretores que tenham a transformação digital como pauta, mas diz que o grau de maturidade em automação ainda é muito baixo, demandando a usina a fazer uma grande lição de casa, principalmente no treinamento de seus colaboradores.

“As pessoas precisam ser treinadas para mudança de mindset. Enquanto isso não ocorrer, ainda vamos ter o setor sucroenergético 3.0, na melhor das hipóteses, e perderemos oportunidades como biocontrole para etanol com uso de I.A., integração logística da cadeia de valor, eliminação de processos intermediários de qualidade, dentre outros”, destaca o especialista.

Marcelo Fernandes, diretor da Fourteam acredita que poucas usinas estão começando a entender a necessidade de operarem com os conceitos da Indústria 4.0, mas acha que sua implementação pelas usinas demandará pelo menos meia década.

Para Vitor Knop, consultor do segmento Agronegócio da Logicalis, no futuro, as novas tecnologias, pessoas, máquinas e sistemas estarão conectados, otimizando recursos e atividades.

“O estágio final que conseguimos vislumbrar hoje para as Usinas 4.0 é a Inteligência Artificial. A agroindústria tem características particulares e requer soluções específicas. A integração logística e de informações entre os diferentes elos da cadeia da indústria sucroenergética, que vão desde o campo até as plantas industriais e o escoamento da produção, será determinante para a melhoria dos indicadores-chave de desempenho”, comenta.

Para que as usinas cheguem ao estágio da Inteligência Artificial, segundo ele, prevendo as condições climáticas, de oferta, demanda, entre outras, será necessário implementar algumas tecnologias que podem ajudar nesse processo. Iniciando pela aplicação na lavoura de modernas máquinas agrícolas e VANTs equipados com câmeras cada vez mais potentes.

“Será cada vez mais necessária uma vasta gama de soluções de TIC e TA, como infraestruturas de redes de computadores e de comunicações sem fio; sensoriamento e monitoramento do clima e de outras variáveis; computação em nuvem e cibersegurança; internet das coisas (IoT), big data e analytics; simuladores; Cyber-Physical Production Systems (CPPS); manufatura aditiva (sistemas de impressão 3D); robôs automatizados, entre outros”, prevê.

Knop, entretanto, destaca dois avanços notórios do setor, a primeira é a mecanização e uso dos sistemas georreferenciados no campo, que melhoraram as condições de trabalho e de produtividade. A segunda foi a digitalização e o uso de dados coletados pelas máquinas, sensores, redes de computadores e de automação, e que hoje levam ao desenvolvimento de sistemas preditivos e prescritivos, baseados em Inteligência Artificial.

Para projetar, desenvolver e implementar novas tecnologias para redes e sistemas dessa Indústria 4.0 as unidades precisam, de acordo com ele, mergulhar na quarta revolução industrial, cuja abrangência é ampla. Além dos avanços nas tecnologias de maquinário agrícola e de automação e operações (TA/TO), com as quais o setor está mais acostumado, as usinas precisam avançar de forma significativa nas tecnologias da informação e de comunicação (TIC) a fim de intensificar o grau de automatização e digitalização das operações, tanto em soluções de hardware, quanto de software.

“O primeiro desafio é identificar quais tecnologias auxiliarão as usinas a coletarem dados e a obterem resultados positivos mais imediatos, proporcionando interoperabilidade entre os diversos sistemas de suas unidades. Para o campo, a ausência de conectividade rural e de infraestrutura para redes e sistemas é uma barreira importante a ser superada com novos modelos de negócios. Na integração do campo com as usinas, sistemas de rastreamento e monitoramento das frotas agrícola e de transportes podem gerar bons ganhos operacionais e logísticos, mas dependem de conectividade. No ambiente industrial, diferentes tecnologias como automação e sensoriamento/monitoramento, manutenção preditiva e prescritiva, realidade aumentada e manufatura aditiva trarão vários benefícios e evoluções para as empresas e seus colaboradores”, aponta Knop.

Como os produtores do setor indicam que o clima é a variável que mais afeta sua produtividade, um segundo desafio importante é selecionar um parceiro de integração de redes e sistemas que possa apoiá-los na adoção de sistemas de predição e elaboração de previsões agroclimáticas, com base na análise dos seus bancos de dados. Para isso, é necessário modelar, testar e validar seus diversos processos decisórios e contar com soluções de big data e analytics.

No Laboratório do Futuro da Raízen, na unidade Paraíso, em Brotas, SP, já é possível fazer o Pagamento da Cana por Teor de Sacarose por meio de um sistema totalmente automatizado, que está facilitando os processos e o descarregamento dos caminhões que chegam às unidades produtoras

“Tais desafios passam por investimentos relevantes e diferentes prazos de implementação, e devem incluir sim treinamento e capacitação das equipes”, conclui o consultor do segmento Agronegócio da Logicalis.

Jaime Fingueirut, diretor do ITC (Instituto de Tecnologia Canavieira), diz que embora seja perfeitamente possível imaginar este futuro, é preciso, antes, racionalizar, reduzir e otimizar tudo que é possível antes deste futuro chegar.

“Estes investimentos também só se justificarão se a nossa indústria for mais competitiva e tiver maior exposição externa. A mão de obra para nos levar e nos manter na Industria 4.0 ainda está em formação, embora o país esteja hoje fértil em startups e inovação.”