Sistemas Ciber Físicos nas Indústrias: conceito e aplicações
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Sistemas Ciber Físicos nas Indústrias: conceito e aplicações

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Os sistemas ciber físicos (CPS) estão revolucionando a indústria, unindo o mundo digital ao físico, integrando softwares e máquinas para expandir as possibilidades de melhorias em diferentes tipos de processos.

Essa tecnologia inteligente é capaz de colher informações de seu entorno e tomar decisões de maneira autônoma. Sua conectividade permite cooperação e colaboração nos trabalhos.

Além disso, o sistema dá respostas imediatas a qualquer alteração interna ou externa, mantendo um fluxo de produção ideal.

Neste post abordaremos o conceito de sistemas ciber físicos, daremos exemplos e mostraremos as suas principais aplicações, vantagens e implicações. Confira!

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Conceito de sistemas ciber físicos (CPS)

Sistemas ciber físicos ou CPS (Cyber-Physical Systems) são integrações de elementos computacionais, de comunicação e controle por meio de processos físicos e redes.

Combinam componentes mecânicos ou eletrônicos com elementos de software, que se conectam entre si ou usam a Internet para a transferência e monitoramento de dados, formando um sistema unificado.

São componentes essenciais para automatização em fábricas, além de serem aplicados em diversas outras áreas.

Com os CPS, operações podem ser melhor acompanhadas, com a interligação de máquinas e softwares, uso de computadores e redes integradas, que recebem informações de máquinas e sistemas, coletados por sensores.

Os sensores e outros componentes dão um panorama completo das atividades realizadas nas empresas, verificando os indicadores que fazem sentido para cada tipo de negócio.

Eles viabilizam as modificações necessárias no sistema em que estão inseridos, adquirindo e processando dados e, depois, movendo ou controlando mecanismos conhecidos como atuadores, fazendo uma ponte com o mundo exterior.

Entre as suas possibilidades, os CPS ajudam as empresas a representar situações do ambiente físico em ambientes digitais, realizando testes, simulações, prevendo desgastes e falhas, e dando feedbacks em tempo real.

Esses retornos do ciberespaço facilitam a tomada de decisões e direcionam o trabalho dos atuadores, que agem no contexto físico, ou seja, no “mundo real”.

Vale ressaltar que os sistemas ciber físicos são a geração posterior a dos sistemas embarcados, que focam principalmente na ligação de elementos computacionais e físicos.

Sistemas Ciber Físicos (CPS) x Internet das Coisas (IoT)

Os dois conceitos são parecidos, baseados na integração de elementos computacionais, como o cálculo de indicadores, com objetos físicos (sensores e atuadores) e processos, como os de fabricação.

A discrepância é que um sistema ciber físico não precisa obrigatoriamente ter conectividade, podendo ser direcionado a somente um processo ou, ainda, ser do tipo monolítico. Já as aplicações de IoT estão necessariamente inseridas em CPS.

Os sistemas ciber físicos contribuíram significativamente para o avanço nas implementações de IoT, com a sinergia entre elementos gerando cooperação entre os mundos virtual e físico, ajudando a controlar os objetos inteligentes.

Exemplos de sistemas ciber físicos

Os sistemas ciber físicos estão inseridos no mercado na forma de aplicações IoT, projetos robóticos e rede de máquinas conectadas, sendo fundamentais para a vivência da manufatura avançada.

São utilizados por diferentes segmentos industriais, como: automotivo, químico, energia, aeroespacial, etc. Também tem aplicações em áreas como: infraestrutura civil, saúde, agrícola, pecuária, defesa, transporte, entretenimento, entre outras.

Alguns exemplos práticos do uso dos CPS no cotidiano são as cidades inteligentes, veículos autônomos, cirurgia robótica, redes elétricas inteligentes, tecnologia vestível conectada, turbinas a gás, dispositivos implantáveis, etc.

Aplicações do CPS no ambiente industrial

Os sistemas ciber físicos são essenciais para melhorar as práticas empresariais, permitindo, por exemplo, o controle remoto da produção. Entre as possibilidades que mais se destacam, estão:

  • acompanhamento das condições do maquinário e auxílio na adoção de medidas de manutenção preditiva;
  • melhora dos processos de fabricação, com o compartilhamento de dados entre equipamentos do chão de fábrica em tempo real;
  • aperfeiçoamento da comunicação com fornecedores, filiais e clientes;
  • monitoramento de operações de todo o ciclo produtivo, com melhor visibilidade e rastreabilidade de todas as atividades e produtos;
  • controle de máquinas-ferramentas e turbinas eólicas;
  • implementação de tecnologias da Indústria 4.0, como robôs colaborativos e Machine Learning.

Benefícios dos sistemas ciber físicos nas indústrias

O crescimento dessa tecnologia é constante e grandioso, visto que traz resultados positivos para os empreendimentos, que podem conhecer melhor os seus processos e os seus clientes.

Por isso, investimentos nesse tipo de sistema estão sendo realizados visando benefícios a longo prazo. Entre as principais vantagens do sistema estão:

  • maior conhecimento sobre tudo que ocorre dentro da empresa;
  • automatização de operações;
  • economia de recursos;
  • conexão entre equipamentos e softwares;
  • ingresso efetivo na Indústria 4.0;
  • alcance de novos públicos consumidores;
  • crescimento geral do negócio e o consequente aumento da competitividade e dos lucros.

Implicações que surgem com os sistemas ciber físicos

Não há dúvidas de que os CPS revolucionaram as fábricas no mundo todo. Esse conceito trouxe uma transformação digital que se traduz em desenvolvimento e aprimoramento para as organizações.

Hoje, sabe-se que investir em tecnologias que melhoram a eficiência dos sistemas ciber físicos pode melhorar também o uso da Internet das Coisas e da Análise de Dados, otimizando os processos.

Segurança Digital

Apesar dos pontos positivos, a tecnologia de CPS traz consigo grandes desafios, como a urgente necessidade de proteger cada vez mais os dados contra ameaças e ataques.

Afinal, a ciberconectividade pode ampliar a superfície de vulnerabilidade de dispositivos, induzida pelo local de operações, características de conectividade da rede e interoperabilidade com aplicativos de terceiros.

De acordo com pesquisa da empresa de segurança cibernética Fortinet, o Brasil sofreu mais de 16 bilhões de tentativas de ataques cibernéticos no primeiro semestre de 2021.

Confiabilidade

Para tornar os dados mais confiáveis, é preciso adotar ferramentas de segurança com design à prova de violações, com recursos como limitação de acesso e controle sobre operações não autorizadas.

As atualizações dos elementos de software devem estar sempre em dia, para ajudar a manter a integridade dos sistemas e das informações em trânsito e guardadas em históricos.

Retorno imediato

Para que um sistema ciber físico seja realmente eficiente e consiga administrar grandes volumes de dados coletados pelos sensores, as redes devem funcionar perfeitamente.

A largura de banda e a capacidade do sistema devem ser as mais apropriadas para cada caso, evitando falhas que possam prejudicar toda a cadeia produtiva.

Com isso, podem ser realizadas ações em tempo real, sem prejudicar os processos físicos, que continuam ocorrendo, independentemente das análises dos indicadores.

Conclusão

Gostou de aprender mais sobre os sistemas ciber físicos? Vimos que eles realizam uma dinâmica entre processos físicos e uso de redes e softwares, resultando em uma evolução tecnológica que impacta positivamente os empreendimentos.

Com a aliança entre os CPS e projetos de IoT, a qualidade dos produtos e serviços aumenta, visto que o controle sobre os processos de fabricação também é maior.

Assim, são criados modelos de negócios inovadores que aumentam a competitividade das empresas e elevam a manufatura a um novo patamar.

Para saber mais sobre tecnologia e temas relacionados, fique de olho aqui no blog da Kalatec!

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Edilson Cravo

Edilson Cravo

Engenheiro de Aplicação. 22 anos de experiência com 5000 visitas únicas em Indústrias. CMO da Kalatec Automação. Especialista em Controle e Automação (USP). Engenharia de Processo (MAUA) - Gestão de Inovação (ESPM) - Gestão de PME (FGV) e MBA em Vendas (PUC). Foi consultor de projetos no Instituto Nuclear Brasileiro, Embraer, Rede Globo e USP (Projeto Inspire).

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