Como a Indústria 4.0 impacta a infraestrutura de rede

Por Kam Patel, vice-presidente de desenvolvimento de mercado para data centers na CommScope

A quarta revolução Industrial está voltada para a conexão de pessoas, informações e processos, o que pode mudar significativamente não apenas a manufatura, mas também a operação de empresas de todos os tipos

Salvador, 01/03/2023 – A Indústria 4.0 é diferente das revoluções industriais anteriores, pois tem como objetivo conectar pessoas, informações e processos, o que pode mudar significativamente a manufatura e a operação de empresas de todos os tipos. Ela busca tornar os processos de produção mais automatizados e eficientes através da conectividade e uso avançado de tecnologias como IoT (internet das coisas), inteligência artificial e automação. Mas quais são suas implicações para a infraestrutura de rede?

A discussão sobre a Indústria 4.0 começou antes mesmo da popularização do termo, em 2016. O conceito aparece pela primeira vez em um documento de 2011 elaborado pelo governo alemão que traça um plano para a digitalização da manufatura. No entanto, o início da Indústria 4.0 data do começo dos anos 2000, com o surgimento da IoT, avanços nas normas para Power over Ethernet e a chegada da conexão sem fio 4G mais rápida, que permitiu a implementação de milhões de sensores.

A primeira e a segunda revoluções industriais tinham foco na organização e geração de energia para as fábricas, com o objetivo de aumentar a produtividade e reduzir os custos de mão de obra. A terceira revolução, que começou por volta de 1969, caracterizou-se pelo uso de digitalização e informatização. Embora o efeito principal tenha sido a automação contínua da fábrica, a era digital abriu as portas para avanços baseados na computação, que foram muito além da produtividade. E isso nos leva à Indústria 4.0.

Por que a Indústria 4.0 é diferente?

Enquanto a terceira Revolução Industrial foi definida pela digitalização generalizada (o surgimento de computadores, controladores lógicos de processos (PLCs), etc., a quarta Revolução Industrial trata da fusão de recursos digitais, físicos e virtuais para criar processos inteligentes que pensam, operam e respondem com mais rapidez e precisão do que os humanos podem fazer sozinhos.

É uma forma de dizer que a divisão das fronteiras entre os mundos físico, digital e biológico se tornou vaga. É uma fusão de avanços da inteligência artificial (IA), robótica, IoT, impressão 3D, engenharia genética, computação quântica e outras tecnologias. A Indústria 4.0 pode ajudar os gestores de empresas a controlar e entender melhor todos os aspectos da sua operação, além de permitir o uso de dados instantâneos para aumentar a produtividade, melhorar os processos e impulsionar o crescimento. Neste aspecto, é essencialmente diferente de qualquer uma das revoluções anteriores.

Henrik von Scheel, um dos pais da Indústria 4.0, argumentou: “Em essência, a peça central da Indústria 4.0 é formada pelas pessoas, não pela tecnologia.” O objetivo é usar tecnologias ciberfísicas para permitir tomadas de decisão, monitoramento e processos autônomos e em tempo real para criar um ambiente hiperconectado, inteligente e proativo. E, enquanto o conceito de Indústria 4.0 tem sido tradicionalmente traduzido com o significado de “manufatura inteligente”, ele está sendo rapidamente adotado por mercados como o de serviços de utilidade pública, logística, energia, saúde, seguros e outros.

Certamente, essa revolução industrial não se desenvolveu por conta própria; várias forças do mercado vêm empurrando as empresas nessa direção há anos. Talvez a tendência mais influente seja a integração das tecnologias digitais no cotidiano das pessoas. Estima-se que 83% da população mundial possui um smartphone, com toda a conveniência em tempo real da conectividade “em qualquer lugar e a qualquer hora”.

Nossas expectativas sobre como interagimos e fazemos negócios com as empresas refletem essa nova realidade. Isso está forçando as organizações a se tornarem mais ágeis, responsivas e enxutas, automatizando processos, tomando decisões com base em dados em tempo real e usando insights mais detalhados para reduzir custos e aumentar a produção.

Além disso, as indústrias em geral estão enfrentando uma desqualificação significativa da força de trabalho à medida que os baby boomers se aposentam e as empresas estão com dificuldade para encontrar profissionais mais jovens dispostos a adquirir o treinamento necessário para substituí-los.

Isso afeta principalmente a manufatura e, em menor grau, as profissões relacionadas à área de TI. A menos que a dinâmica do local de trabalho mude inesperadamente, as empresas devem mudar para soluções que permitam processos mais padronizados, automatizados e inteligentes.

As tecnologias que ajudam a realizar esses processos representam uma mistura de soluções orientadas por processos (como robótica avançada, IIoT e manufatura aditiva), além de análises de dados mais poderosas (big data, IA, realidade aumentada, simulação de dados e outras).

Embora essas tecnologias de última geração chamem muita atenção, elas não seriam possíveis sem a conectividade de rede com e sem fio necessária para integrá-las. O desenvolvimento de infraestruturas de rede que possam atender adequadamente às demandas simultâneas de conectividade, largura de banda e energia da Indústria 4.0 surge como um dos desafios mais difíceis.

Desafios da infraestrutura de rede

As tecnologias que promovem essas mudanças dependem de uma infraestrutura de rede avançada. Para suportar o grande número de dispositivos conectados e o tráfego de dados, a infraestrutura deve atender a alguns requisitos básicos, como:

• Simplificar o projeto de rede para permitir implementação e operação mais rápidas;
• Suportar e conectar de forma confiável um grande número de novos dispositivos de rede e sistemas na borda;
• Permitir expansão e reconfiguração fáceis para suportar redes convergentes, segmentadas e híbridas.

Os desafios da infraestrutura de rede podem ser separados em três grandes grupos:

Desempenho – Juntos, o número de dispositivos conectados, o aumento no tráfego de dados e a demanda por resposta em tempo real criam problemas de latência, confiabilidade e largura de banda. Entre esses problemas, a latência da rede é o maior determinante do desempenho das aplicações, segundo 83% dos líderes globais de TI, de acordo com levantamento da Lumen Technologies.

As redes da Indústria 4.0 dependem de conexões com e sem fio de alta velocidade e de uma variedade de interfaces de comunicação (LTE privada e 5G, DAS, Bluetooth etc.). Os recursos da rede multi-gigabit terão que se estender por toda a instalação, com vários pontos de failover para suportar a taxa de transferência UR-ULL.

Arquitetura – Considerando o crescimento da conectividade na borda descentralizada, os gerentes de rede provavelmente vão ampliar o alcance das redes de cabeamento de cobre estruturadas além do limite de distância de 100 metros com base nos padrões atuais. A seleção da opção certa do tipo de nuvem (privada, pública, híbrida) também é uma parte importante do projeto, pois determina quais componentes serão necessários localmente.

Gestão – Com as arquiteturas de rede mais distribuídas e complexas, o tempo e o custo da implementação e do gerenciamento da infraestrutura não param de aumentar. Esse é o caso do suporte a dispositivos e sistemas remotos baseados na borda. A necessidade de adicionar recursos de rede de forma confiável e rápida, quando e onde quiser, sugere soluções de infraestrutura modular com controle distribuído.

E como equacionar essa transformação? Em qualquer uma de suas manifestações, a Indústria 4.0 criará mudanças abrangentes na rede na manufatura, e também no datacenter e em outros ambientes corporativos. As considerações a seguir devem ajudar os gerentes de TI e de rede a se prepararem para essas transformações.

Velocidades de rede mais rápidas e desempenho com menor latência podem ter um papel cada vez maior à medida que surgem novas aplicações cheias de recursos e sensíveis ao tempo (como o gêmeo digital). No gêmeo digital, cada aspecto físico do processo de manufatura é virtualmente representado por seu “gêmeo digital”.

Usando modelagem CAD detalhada, o gêmeo digital simula resultados do mundo real, permitindo a análise de dados e o monitoramento do sistema, que são necessários para melhorar o planejamento e evitar problemas antes que eles ocorram. Esses recursos dependem de novas implementações em data center de baixa latência operando em velocidades de rede mais rápidas.

A conectividade de rede onipresente é outro fator essencial, pois mais e mais fábricas estão se modernizando com uma combinação de redes sem fio 5G privadas. Dois requisitos importantes que os gerentes de rede devem considerar: ter a conectividade e o cabeamento corretos para suportar o hardware de computação de borda de acesso múltiplo (MEC – mobile edge compute) e garantir que a infraestrutura para os WAPs possa suportar várias gerações de arquitetura de rede.

A segurança da rede está entre os assuntos mais comentados envolvendo a Indústria 4.0. A tendência de uso de IIoT, aprendizado de máquina, big data e convergência de redes de TI/TO/IP está gerando novas e amplas preocupações com segurança. Para se protegerem contra os vários ataques à segurança, é recomendado que os gerentes de rede sigam os seguintes passos:

• Identificar e corrigir sistemas desatualizados, vulnerabilidades não corrigidas e arquivos mal protegidos;
• Garantir que os parceiros de dispositivos e tecnologia forneçam atualizações regulares de software e patches de segurança;
• Monitorar todos os ativos de TO em tempo real para identificar e colocar em quarentena as vulnerabilidades, se necessário.

Nos próximos anos, a Indústria 4.0 criará oportunidades em todo o ecossistema da manufatura e em outros setores. E as implicações relacionadas às demandas de desempenho de rede, arquiteturas e projetos de componentes ajudarão a redefinir a atual infraestrutura da camada física.