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Três aplicações práticas da IoT nos setores automotivo e agrícola - Destaques do WebExpo 2019

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Pontos Principais

  • A implantação da Internet das Coisas (IoT) no setor não precisa ser complicada nem cara
  • A Skoda (fabricante automotivo) diz que lida com problemas ocorridos na linha de produção mais rápido e eficientemente usando uma solução IoT personalizada projetada em duas semanas
  • A Toyota Peugeot Citroën Automotiva pode fazer previsões precoces de paralisação da produção e tomar medidas graças a um dispositivo de menos de € 500 fabricado em duas semanas
  • A IoT também ajudou a otimizar a produtividade e minimizar o estresse de vacas leiteiras por meio de um dispositivo barato que pode operar por 5 anos com uma bateria em um ambiente externo

Tomáš Morava, CFO e cofundador da Hardwario, apresentou recentemente na WebExpo 2019, em Praga, três aplicações práticas e orientadas para a indústria da IoT nos setores automotivo e agrícola. Durante a apresentação, ele ilustrou como a implantação da Internet das Coisas (IoT) no setor não precisa ser complicada nem cara. Ele discutiu soluções da Škoda Auto (como responder mais rapidamente a problemas de produção), TPCA (como criar um piloto de manutenção preditiva), e IFRAMIX (como obter dados on-line sobre o estresse térmico em granjas e outras instalações agrícolas).

O InfoQ entrevistou Morava e obteve detalhes adicionais sobre as aplicações industriais acima mencionadas. As respostas foram editadas para maior clareza e duração da leitura.

InfoQ: Para aqueles de nossos leitores que não estão familiarizados com a IoT, você pode explicar rapidamente o que é e o que ela abrange?

Tomáš Morava: A IoT abrange o mundo dos dispositivos de hardware conectados entre si e os usuários pela Internet. É uma palavra muito comum na era digital de hoje e o significado é muito amplo. O principal objetivo é que todos os dispositivos (como sensores, medidas, displays) forneçam dados que possam ser analisados de maneira holística e interpretados pelos usuários finais para tomar melhores decisões, resultando em maior controle e experiência do usuário.

InfoQ: Sua biografia menciona que você administra investimentos e finanças para investidores de fundos privados há 15 anos. O que o levou a criar a Hardwario? Qual é a sua visão da IoT e seu campo de aplicativos para negócios hoje?

Morava: Adoro fazer coisas novas e sempre sonhei em construir minha própria empresa e alavancar a experiência que acumulei ao longo dos anos. As últimas inovações tecnológicas levaram-me, juntamente com grandes amigos (co-fundadores da Hardwario), ao mundo da IoT com uma visão simples: permitir que todos, crianças, professores, criadores, ou gerentes construam seus próprios dispositivos IoT. É por isso que focamos tanto na educação e em soluções modulares simples em IoT em uma variedade de setores.

InfoQ: Você deu três exemplos ilustrativos de aplicações reais e práticas na indústria: Škoda Auto, Toyota Peugeot Citroën Automobile, e IFRAMIX. Para cada um deles, poderia apresentar rapidamente dados importantes sobre a empresa, o problema que eles queriam resolver, a solução de IoT, e os resultados trazidos pela solução, se puderem ser compartilhados. Vamos começar com a Škoda.

Morava: A Skoda Auto, é uma fabricante de automóveis tcheca, com uma produção de cerca de 1,25 milhão de automóveis em 2018 e fábricas na Europa, Ásia, e África.

Eles queriam que os problemas na produção fossem resolvidos com mais rapidez e eficiência, que quando houvesse um erro na linha de produção, os operadores pudessem chamar seus supervisores em seus telefones celulares pessoais ou acenar com a mão para chamar a atenção dos supervisores do outro lado da planta de produção.

Nesse contexto, projetamos uma solução de IoT inspirada na experiência anterior no Japão, onde o sistema Andon para verificações visuais da produção foi desenvolvido. Os dashboards estão localizados perto das linhas de produção, fornecendo informações sobre o estado atual do local de trabalho, incluindo notificações imediatas de problemas que ocorrem durante o processo de produção

Portanto, a Škoda precisava de um dispositivo para controlar os dashboards diretamente das linhas de produção. O dispositivo alertava os operadores através do dashboard para que resolvessem imediatamente o problema, e ao mesmo tempo, também notificava a gerência. Graças aos alertas, a gerência podia definir prioridades de uma maneira melhor e melhorar os processos e a operação da linha.

Nosso dispositivo, Škoda Andon, foi construído com base no nosso kit BLOX IoT, combinando quatro módulos: um módulo principal, um módulo de bateria, um módulo LoRa, e três botões externos:

O dispositivo inteiro foi colocado em caixas de controle industriais equipadas com os três botões, diferenciados por cores. Os fios de LED RGB foram usados para o design visual das placas de exibição, pois podem ser facilmente usados para exibir números, texto e, símbolos.

Implementamos o dispositivo com botões e painéis de exibição em todos os setores de produção. Os dashboards mostram as alterações em tempo real quando um botão é pressionado. Se o operador de linha encontrar um erro, ele pressiona o botão "Warning" . Assim, os técnicos e superiores podem ver imediatamente que existe um problema no setor de produção que precisa ser resolvido. Se ocorrer um problema sério na linha, o operador pressiona o botão "Defect", seus supervisores param a linha até que o defeito seja reparado. Assim que o problema for resolvido, o operador pressiona o botão "Production".

O sistema inteiro pode ser integrado às soluções de software usadas no Škoda, como o Microsoft Azure IoT, o MS Teams, e o MS Office 365.

Demoramos cerca de duas semanas para implementar o protótipo Škoda Andon e coletar os primeiros dados. O novo sistema foi totalmente implementado em 2 meses. Isso é para ilustrar que um projeto de IoT pode ser realizado em um curto espaço de tempo.

Sobre os resultados, eu mencionaria maior segurança, melhor gerenciamento e produtividade da linha de produção. Além disso, o Škoda Andon coleta dados sobre avisos e defeitos durante o processo de produção a longo prazo. Isso fornece à gerência informações valiosas ao alterar o fluxo de produção, redesenhar processos e introduzir melhorias técnicas e avaliação da qualidade do operador.

InfoQ: E quanto a Toyota Peugeot Citroën Automobile?

Morava: A TPCA é uma joint venture entre a Toyota e o Grupo Francês PSA. Sua linha de produção também está aqui na República Tcheca. Em 2017, eles produziram mais de 3 milhões de carros.

O problema aqui era ajudar a fábrica da TPCA a impedir a interrupção da produção. Para dar um pouco de contexto, essas grandes fábricas precisam operar o maior tempo possível, perto de sua capacidade máxima. A interrupção da produção em uma parte da linha de produção pode levar à interrupção de todo o processo de montagem do carro e resultar em enormes perdas. A TPCA já havia identificado que um mecanismo de linha de montagem superaquecido podia ser uma das possíveis causas dessa parada. Eles queriam iniciar um projeto piloto de IoT que monitorasse a temperatura do motor de maneira não invasiva e relatasse os valores de temperatura mais cedo. Eles queriam um dispositivo que funcionasse com bateria por um longo período de tempo (6 meses ou mais). Além disso, pelos motivos já mencionados, o dispositivo teria que ser instalado em um período muito curto durante uma parada planejada da linha. É importante ressaltar que os dados de temperatura deveriam que ser amostrados e enviados com uma frequência muito alta.

A imagem abaixo dá uma ideia de uma linha de montagem:

 

Em termos de solução, modificamos nosso kit IoT padrão, que já atendia parcialmente aos requisitos (comunicação sem fio e baixo custo), para usar um protocolo de rádio modificado na faixa de 868 MHz. Também adicionamos à solução sensores externos de temperatura conectados a um módulo separado e a um sistema Raspberry Pi com um dongle de rádio como gateway de comunicação.

Preparamos um total de três sensores de temperatura, que os técnicos da TPCA conectaram, de maneira não invasiva, às carcaças do motor da linha. Esses sensores enviam os valores medidos de temperatura sem fio a intervalos muito curtos ao sistema Raspberry Pi, e ainda, ao sistema de TI do fabricante do carro. Os sensores são alimentados por baterias alcalinas convencionais.

O gateway, ou seja, o sistema Raspberry Pi com rádio dongle, recebe dados dos sensores. A rede LAN envia os dados para o aplicativo Grafana para processamento e visualização adicionais.

Nesse momento, um serviço de notificação envia um e-mail de aviso à equipe de manutenção se a temperatura predeterminada for excedida. Os técnicos inspecionam o motor e propõem medidas para evitar defeitos e paradas não planejadas da linha.

Mais uma vez, o desenvolvimento de toda a solução, incluindo a modificação do protocolo de rádio, levou duas semanas, com custo inferior a € 500. Isso mostra novamente que os projetos de IoT podem ser construídos dentro de um prazo razoavelmente curto e de maneira econômica.

InfoQ: O terceiro exemplo foi o IFRAMIX, que é interessante pois vem de um campo, a agricultura, que algumas pessoas podem não ter em mente quando pensam nas aplicações da IoT.

Morava: A IFRAMIX é uma empresa tcheca e membro da CCPA, líder de mercado em alimentação animal. A prevenção do estresse animal provocada por, por exemplo, temperatura e umidade inadequadas nas fazendas é um dos tópicos atuais.

As vacas leiteiras, por exemplo, são muito sensíveis à temperatura ambiente e à umidade do ar, especialmente em altos níveis de produção. Esses dois fatores produzem estresse térmico, conhecido como THI (Índice de umidade e temperatura). O estresse térmico reduz significativamente o desempenho e pode causar a morte. Assim, as vacas leiteiras produzem menos leite e sua qualidade se deteriora. Os animais não crescem o suficiente, e isso se reflete nos lucros mais baixos dos agricultores. Para dar alguns números, em boas condições, uma vaca pode produzir 45 litros de leite por dia. Por outro lado, isso pode diminuir para 20 litros por dia em condições ruins, ou seja, 55% da produção ideal.

Portanto, para ambientes agrícolas eficientes, os agricultores devem conhecer em detalhes a previsão do tempo e as condições climáticas dentro da fazenda. Frequentemente, eles estão cientes deles, mas levam em consideração apenas alguns fatores ou os medem de maneira irregular e não fazem a engenharia reversa dos dados. Esses dados são imprecisos e enganosos. Por exemplo, a temperatura ambiente em si não é preditiva e a umidade do ar ainda precisa ser levada em consideração durante a medição.

A IFRAMIX lida com a questão do estresse térmico animal há muito tempo, com soluções para todas as categorias de animais, como suplementos alimentares à base de extratos naturais de plantas. Com uma previsão precisa sobre o nível de estresse térmico, os agricultores podem preparar as medidas agrícolas recomendadas a tempo. Por exemplo, produtos iônicos e ervas especiais podem ser adicionados aos alimentos, eles podem ajustar a ração ou as respectivas instalações podem ser mais ventiladas.

A IFRAMIX precisava de um conjunto de sensores móveis para obter as informações necessárias sobre a raça, medindo constantemente a temperatura e a umidade. Era necessário que o dispositivo fosse sem fio com uma bateria de longa duração para permitir que os agricultores o movessem conforme necessário. A comunicação também teve que ser assegurada em áreas não cobertas pela rede GSM padrão (como pode ser o caso em fazendas remotas).

Esso era basicamente o problema. A solução envolveu sensores de temperatura, umidade e CO2 dos dispositivos CHESTER e COOPER, a comunicação nas redes Sigfox e NB-IoT (banda estreita da IoT), e uma API personalizada para permitir a conexão com o sistema interno do cliente.

Sobre o Entrevistado

Tomáš Morava é CFO e co-fundador da HARDWARIO. Morava administra investimentos e finanças para investidores de private equity há mais de 15 anos, e sua experiência inclui investimentos em pure financial, além de empresas industriais orientadas para estratégias. Sua formação é, portanto, financeira e de fusões e aquisições, com forte orientação em empresas tecnológicas geradoras de valor e projetos inovadores. Em 2017, ele decidiu iniciar seu próprio negócio e tornou-se co-fundador da HARDWARIO, uma startup que desenvolveu um kit de IoT chamado BigClown para criadores, e ajuda outras empresas no desenvolvimento de dispositivos de IoT, dando vida a inovações digitais.

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