O DESENVOLVIMENTO DA INDÚSTRIA 4.0: UM ESTUDO … · A indústria 4.0 promete um impacto...
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O DESENVOLVIMENTO DA INDÚSTRIA 4.0:
UM ESTUDO BIBLIOMÉTRICO
Angela Emi Yanai (UFAM)
Claudia Daniele de Souza (UFSCar)
Carlos Eduardo Gomes de Castro (IFSP)
Meire Ramalho de Oliveira (UFG)
A indústria 4.0 é um novo conceito, proposto há pouco tempo, que engloba o
desenvolvimento, incorporação e aplicação de inovações tecnológicas dos
campos de automação, controle e tecnologia da informação, aplicadas aos
processos de manufatura. Sendo um acontecimento recente, o conhecimento
acerca da mensuração da pesquisa científica e dos indicadores bibliométricos
neste setor ainda é uma lacuna a ser preenchida. O objetivo deste trabalho é
traçar um panorama da Indústria 4.0, apresentando a evolução de sua
produção científica, os países nos quais este tema está mais consolidado e o
perfil temático dos documentos relacionados ao assunto. Utiliza-se a Coleção
Principal da plataforma Web of Science para coleta e recuperação de dados e
o software Vantage Point para a mineração de textos e análise bibliométrica.
Dentre os resultados da pesquisa, observa-se que os documentos científicos
começaram a surgir a partir de 2012, logo após o movimento de criação da
indústria 4.0 em 2011, sendo a grande maioria apresentada como anais de
eventos; por ser a criadora do conceito; a Alemanha é o país que possui o
maior número de ocorrências. Ressalta-se que não se trata de um estudo
exaustivo, mas de uma iniciação ao tema cuja abordagem, em termos
acadêmicos, ainda é bastante escasso.
Palavras-chave: Indústria 4.0; Manufatura Avançada; Bibliometria
XXXVII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
“A Engenharia de Produção e as novas tecnologias produtivas: indústria 4.0, manufatura aditiva e outras abordagens
avançadas de produção”
Joinville, SC, Brasil, 10 a 13 de outubro de 2017.
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1. Introdução
A indústria 4.0 promete um impacto econômico, ocasionado por uma revolução industrial em
que novos modelos de negócios, serviços e produtos surgiram com o objetivo de promover a
automatização da manufatura e consequente aumento da produtividade e competitividade por
meio de “fábricas inteligentes” (HERMANN; PENTEK; OTTO, 2015).
A Alemanha esteve na vanguarda do desenvolvimento deste conceito, sendo o primeiro país a
introduzi-lo, transformando seus processos de fabricação visando aumentar a eficiência,
garantir a conservação dos recursos, a flexibilidade e a competitividade (EUROMONITOR
INTERNATIONAL, 2016).
A indústria 4.0 pode ser definida como um termo que agrega tecnologias e valor às
organizações. Tem-se que as fábricas inteligentes trabalharão com uma abordagem nova de
produção, com máquinas, instalações e sistemas de armazenagem interligados e com
intercâmbio de informações e sistemas, conectando toda a cadeia de valor e trocando
automaticamente informações. Deste modo, o aspecto principal da fábrica inteligente está na
conexão em tempo real de pessoas, equipamentos e dispositivos em geral (HERMANN;
PENTEK; OTTO, 2015). Equipamentos interconectados em uma rede como a Internet
resultaria em uma convergência do mundo físico e do mundo virtual, sob a forma de sistemas
ciberfísicos, os CPS (“Cyber-Physical Systems”) (KAGERMANN et al, 2013).
Fruto da 4ª Revolução Industrial, a indústria 4.0 e está alicerçada na internet e nos serviços
dentro do ambiente de manufatura, uma abordagem totalmente nova dentro dos ambientes de
produção e com potencial ainda de desenvolvimento. A tecnologia da informação passa a ser
incorporada aos processos industriais e um conjunto de dados passam a ser armazenados em
nuvem (“cloud”) e podem ser utilizados instantaneamente ou em momento posterior, para a
tomada de decisão (KAGERMANN et al, 2013).
A utilização de conceitos da indústria 4.0 pode trazer um conjunto de benefícios para as
empresas, tais como: maior eficiência operacional; aumento da produtividade da força de
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trabalho; melhor gestão de recursos; maior visibilidade dos produtos; manutenções reduzidas;
oportunidade de criar novas receitas; possibilidades de expansão de modelos de negócios;
entre outros. Porém, a adoção em si traz benefícios que podem ser mensurados em estágios
distintos, ou seja, pode-se definir vantagens de curto prazo e de longo prazo. No curto prazo,
os principais ganhos correspondem a eficiência operacional, resultante da redução de custos e
aumento da produtividade e o desenvolvimento de produtos com os softwares baseados nos
serviços, o pay-per-use, correspondente ao pagamento mediante uso e a monetização de
dados. Quanto a vantagens de longo prazo, tem-se a economia proveniente dos resultados,
decorrência de pagamentos por resultados alcançados, novos ecossistemas conectados e
plataformas de mercado; produção automatizada e redução de resíduos (EUROMONITOR
INTERNATIONAL, 2016).
Contudo, para que a Indústria 4.0 se torne possível, é necessária a adoção de uma
infraestrutura tecnológica, composta por sistemas físicos e virtuais, alimentadas por
informações e conexões, provenientes de simulações, realidade aumentada, internet das coisas
(IoT) e robôs automatizados. Para tanto, é necessário um ambiente propício para que essas
novas tecnologias sejam criadas e incorporadas pela indústria, de forma a auxiliar empresários
a se preparem para as mudanças (SISTEMA FIRJAN, 2016).
Portanto o objetivo desta pesquisa é apresentar a evolução da produção científica, trazendo
um panorama da Indústria 4.0, indicando os países nos quais este tema está mais consolidado
e o perfil temático dos documentos relacionados ao assunto, utilizando métodos de análise
bibliométricos para propiciar uma imagem inicial da realidade.
2.A Indústria 4.0: contexto histórico, definições e princípios
Conforme já apresentado, o termo indústria 4.0 surgiu para caracterizar uma nova revolução
industrial que sucede as três revoluções anteriores. A primeira revolução industrial ocorreu no
final do século XVIII e foi caracterizada pela mecanização da produção, favorecida pelo
surgimento da máquina a vapor. A segunda revolução industrial ocorreu no início do século
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XX com o surgimento da produção em massa, da divisão do trabalho e o desenvolvimento dos
Sistemas Taylorista e Fordista de produção, incluindo o uso da energia elétrica. A terceira
revolução industrial tem seu início na década de 1970 e foi impulsionada pelo uso da
eletrônica, tecnologia da informação e maior automatização dos processos de produção
(KAGERMANN; LUKAS; WAHLSTER, 2011). A Figura 1 resume os principais fatores do
desenvolvimento alcançado nas revoluções industriais ao longo do tempo.
Figura 1 - Os quatro estágios das revoluções industriais
Fonte: Adaptado de Kagermann et al. (2013)
O conceito indústria 4.0 começou a tomar forma em 2011 na Alemanha quando
representantes dos setores produtivos, político e acadêmico estabeleceram princípios para o
fortalecimento da competitividade da indústria de manufatura (KAGERMANN, LUKAS E
WAHLSTER, 2011). No mesmo ano, o Governo Federal da Alemanha anunciou que o
desenvolvimento dos princípios da indústria 4.0 tomaria parte da sua iniciativa de
desenvolvimento de alta tecnologia para 2020 no projeto “High-Tech Strategy by 2020 for
Germany” visando alcançar a liderança na área de inovação tecnológica nesse período. Assim,
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como ação subsequente é formado um grupo de trabalho indústria 4.0 o “Industrie 4.0
Working Group” – para o desenvolvimento de visões e recomendações para a implementação
do conceito de indústria 4.0 (KAGERMANN et al., 2013).
Hermann, Pentek e Otto (2015) apresentaram os quatro componentes chave que definem o
conceito indústria 4.0, são eles: sistemas ciberfísicos (“Cyber-Physical Systems”), internet das
coisas (“Internet of things”), internet de serviços (“Internet of Services”) e fábrica inteligente
(“Smart Factory”). Os Sistemas Ciberfísicos (CPS) são compostos por atuadores e sensores
inteligentes que permitem que sistemas informatizados façam o controle físico dos processos
de produção. A Internet das Coisas (IoT), permite o compartilhamento de dados entre
dispositivos que controlam e atuam nos processos de produção em tempo real através de redes
sem fio. A Internet de Serviços (IoS), corresponde a todo tipo de serviço que pode ser
realizado a partir dos dados gerados e disponíveis durante o processo produtivo, seja este
através da comunicação máquina para máquina ou entre uma fábrica solicitando matéria
prima a seus fornecedores, por exemplo. Fábrica Inteligente (Smart factory), pode ser definida
como uma indústria, na qual as comunicações entre componentes ciberfísicos, através da
internet das coisas, provém ajuda a máquinas e pessoas na execução de suas tarefas.
Ainda, segundo Hermann, Pentek e Ott, (2015), pode-se identificar seis princípios para a
implementação do conceito de indústria 4.0 para um sistema de manufatura, sendo estes
princípios a interoperabilidade, virtualização, descentralização, adaptação em tempo real da
produção, orientação a serviços e sistemas modulares. Embora Hermann e os autores tenham
definido estes conceitos para um exemplo específico de fábrica em um estudo específico,
estes conceitos apresentam definições aplicadas para a manufatura em geral. Deste modo, a
interoperabilidade, permite que todos os sistemas ciberfísicos (CPS) de uma fábrica, mesmo
que estes sejam de diferentes fornecedores, possam comunicar-se através de redes sem fio,
permitindo maior visibilidade ou transparência das etapas do processo produtivo. A
virtualização, permite que modelos virtuais do processo de produção simulem o processo real
através dos dados obtidos de sistemas ciberfísicos. Na descentralização, o controle do
processo de manufatura deixa de ser central, com o próprio produto passando a gerir, em
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tempo real, o processo de produção. Na adaptação em tempo real da produção, o produto pode
ter seu ciclo de produção alterado em função de falhas em equipamentos ou devido à sua
customização, isso com base na análise dos dados obtidos pelos sistemas ciberfísicos. Na
orientação a serviços, os dados da produção ficam disponíveis na nuvem (“clouds”) podendo
ser acessado através de redes abertas pelos equipamentos que fazem parte do processo
produtivo. Por último tem-se os sistemas modulares, onde a fabricação modular traz a
flexibilização para o processo de manufatura permitindo a fabricação de produtos com
pequenos lotes, diversificados ou customizados.
No Brasil, o conceito de “indústria 4.0” está sendo difundido como “manufatura avançada” e
tem sido apresentado principalmente por empresas multinacionais alemãs (DAUDT;
WILLCOX, 2016). Outras iniciativas, no sentido de divulgação das perspectivas da indústria
4.0, têm sido tomadas, como por exemplo na FEIMEC - Feira internacional de Máquinas e
Equipamentos - em 2016, fomentadas por meio de parcerias com empresas participantes. Esta
feira apresentou um demonstrador de manufatura avançada onde um produto poderia ser
personalizado pelo cliente e o controle do processo de manufatura ser inteiramente controlado
através de uma plataforma virtual (FEIMEC, 2017).
Há alguns autores que veem certo ceticismo a idéia de denominar a manufatura avançada
como a quarta revolução industrial, como apresentado por Daudt e Willcox (2016). Ainda
que tragam perspectivas positivas, na verdade, as características e os aspectos para sua
implementação seriam creditados a tecnologia da informação combinada com tecnologias já
conhecidas e aplicadas, ou seja, este movimento poderia ser classificado mais como uma
evolução de um extenso processo que já estava em andamento.
3. Bibliometria
A percepção da importância do desenvolvimento científico para as nações é um fenômeno
bastante generalizado e nas últimas décadas tem causado um crescimento global do número
de cientistas e de instituições que abrigam atividades de pesquisa. Essa aceleração levou ao
surgimento de um enorme número de jornais e revistas, publicadas em papel ou em formato
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eletrônico, para armazenar os artigos que registram resultados das atividades crescentes. Com
esse aumento de publicações, os cientistas e os profissionais da informação perceberam ser
humanamente impossível ter controle sobre a quantidade de conhecimento científico gerado,
sendo preciso criar novas formas para acompanhar o desenvolvimento dos avanços da ciência
e suas especialidades.
Partindo desse reconhecimento de que a atividade científica poderia ser recuperada, estudada
e avaliada a partir de sua literatura, sustenta-se a base teórica para a aplicação de métodos que
visam à construção de indicadores de produção e de desempenho científico (SILVA,
MASSAO HAYASHI, INNOCENTINI HAYASHI, 2011).
Assim, no início do século XXI surge então, pela primeira vez, o conceito de bibliografia
estatística, atualmente designada por bibliometria, como sintoma da necessidade do estudo e
da avaliação das atividades de produção e comunicação científica (ARAÚJO, 2006).
Configura-se como uma área da Ciência da Informação e trata-se de uma técnica quantitativa
e estatística que permite medir índices de produção e disseminação do conhecimento,
acompanhar o desenvolvimento de diversas áreas científicas e os padrões de autoria,
publicação e uso dos resultados de investigação (OKUBO, 1997).
Russell e Rousseau (2002) sinalizam que com o advento da “Big Science” as técnicas
bibliométricas encontraram uma nova aplicação nas esferas da administração da ciência como
uma ferramenta de gestão da pesquisa e da política científica. Assim, atualmente
pesquisadores, especialistas em informação, bibliotecários com especialização em diversas
áreas do conhecimento e também laboratórios, diretores de pesquisa, universidades e
governos, utilizam-nas para detectar “estados da arte” de suas áreas de conhecimento, mapear
campos de pesquisa, produzir indicadores de produção científica, analisar padrões de
comunicação científica e avaliar as atividades científicas.
Dependendo da finalidade do estudo bibliométrico, podem ser considerados como dados tanto
o texto que compõe a publicação como os elementos presentes em registros sobre publicações
extraídos de bases de dados bibliográficas, como nomes dos autores, título, fonte, idioma,
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palavras-chave, classificações e citações (RAO, 1986).
Os resultados obtidos após uma análise bibliométrica podem abranger os seguintes elementos:
I) identificação de tendências e o crescimento do conhecimento em uma área; II) previsão da
produtividade e identificação da influência de autores individuais, organizações ou países; III)
medição do surgimento de novos temas; IV) análise dos processos de citação e co-citação,
além de outros temas (MEDEIROS; VITORIANO, 2011).
As vantagens deste método de avaliação consistem em amenizar os elementos de julgamento
e produzir resultados quantitativos que tendessem a ser a soma de muitos pequenos
julgamentos e apreciações realizados por várias pessoas. Como uma grande parte da produção
científica torna-se conhecida através de sua publicação, fica mais fácil a avaliação das
atividades de pesquisa por meio desta (LEITE FILHO; PAULO JÚNIOR; SIQUEIRA, 2008).
Entretanto, a definição prévia do foco e o recorte geográfico do estudo são importantes para a
escolha apropriada do instrumental bibliométrico. Desde que utilizados de maneira séria e
criteriosa, tais indicadores são potencialmente úteis para a gestão de sistemas de Ciência e
Tecnologia e tomadas de decisão (MARICATO; NORONHA, 2012).
4. Materiais e Métodos
Trata-se de uma pesquisa quantitativa, exploratória e descritiva. Escolhidas pela sua
conhecida amplitude e tradição nos estudos bibliométricos, como fonte de informação e para a
coleta e recuperação de dados, utiliza-se a Coleção Principal da plataforma Web of Science
(WoS), composta por dez índices de informações coletadas de milhares de periódicos, livros,
séries de livros, relatórios, conferências e outros materiais acadêmicos.
No campo TS (busca no título, resumo e palavras-chave) da “Pesquisa Avançada” da WoS,
utilizou-se a seguinte expressão de busca: TS=(“Industr* 4.0” or “4th Revolution Industry” or
“4th industrial revolution”). Os termos foram selecionados conforme sugestões encontradas
em revisões sobre o assunto.
Foram considerados como principais documentos na análise: artigos, resumos de trabalhos
apresentados em eventos, artigos completos apresentados em eventos, revisões, materiais
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editoriais, cartas e revisões de livros que totalizaram 616 registros bibliográficos.
Após a etapa de recuperação e normalização, os dados foram quantificados
bibliometricamente no software VantagePoint, que transformou as informações textuais em
dados numéricos para a realização das análises estatísticas, gerando listas, tabelas e matrizes.
Os resultados foram importados para o Microsoft Excel possibilitando melhor análise e
representação gráfica das informações adquiridas, que serão apresentadas nos resultados a
seguir.
5. Resultados
Atualmente existem 616 documentos sobre o tema da Indústria 4.0 indexados na plataforma
Web of Science. A Figura 2 apresenta a evolução destas publicações e também permite
observar que elas começaram a surgir a partir de 2012, logo após o movimento de criação da
indústria 4.0 em 2011, conforme já mencionado na literatura. Por ser um assunto
relativamente novo, apresenta ainda poucos documentos publicados, quando se compara a
temas já consagrados e também indica potencial de crescimento, conforme as empresas forem
desenvolvendo e aplicando sistemas inteligentes de manufatura.
Figura 2 - Evolução do número de documentos
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Fonte: Dados da Pesquisa
Quanto aos tipos de documentos publicados, como pode ser observado na Figura 3, os anais
de eventos representam mais de 67% das publicações, seguidos dos artigos científicos com
25,8% das publicações totais. Por ser um assunto ainda recente, as primeiras publicações têm
sido feitas em congressos e eventos, e supostamente nos próximos anos mais publicações em
revistas científicas surgirão em resposta ao amadurecimento do tema.
Figura 3 - Porcentagem de representação dos tipos documentais
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Fonte: Dados da Pesquisa
Quanto aos países que mais publicam sobre o tema, a Alemanha aparece em primeiro lugar e
é responsável por aproximadamente a metade das publicações (279 documentos), seguida
respectivamente pela China (83 documentos) e Espanha (35 documentos). A Alemanha
apresentando o maior número de ocorrências não surpreende, é um fato esperado, por ser a
criadora do conceito e até mesmo ter criado um grupo de trabalho para desenvolver as
primeiras recomendações para implementação de novas tecnologias nas indústrias
(HERMANN; PENTEK; OTTO, 2015). Além de trabalhar no desenvolvimento das melhores
práticas de implementação desse programa, a Alemanha, seguida dos Estados Unidos e China
já incluíram em seus planejamentos propostas de absorção dessas tecnologias (SISTEMA
FIRJAN, 2016).
Tabela 1 - Principais países com publicações vinculadas à Indústria 4.0
Ranking Países N. doc %
1 Alemanha 279 45,29
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2 China 83 13,47
3 Espanha 35 5,68
4 Inglaterra 28 4,55
5 Áustria 24 3,90
6 Estados Unidos 21 3,41
7 Taiwan 16 2,60
8 República Checa 15 2,44
9 Itália 15 2,44
10 Noruega 14 2,27
11 França 13 2,11
12 Japão 13 2,11
13 Polônia 13 2,11
14 Australia 12 1,95
15 Portugal 12 1,95
16 Suécia 10 1,62
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17 Brasil 8 1,30
18 Hungria 8 1,30
19 Escócia 8 1,30
20 Grécia 7 1,14
Fonte: Dados da Pesquisa
Ocupando o terceiro lugar no ranking dos países mais produtivos, a indústria espanhola vem
buscando a oportunidade de dar um salto gigante. Adotando avanços tecnológicos, tais como
o big data, a Internet das Coisas, a robótica, a impressão 3D, a inteligência artificial, os drones
ou a realidade aumentada, pretendendo posicionar-se como um setor forte, competitivo e de
referência internacional (PRIETO; GARCÍA FERNÁNDEZ, 2016)
O Brasil, por sua vez, encontra-se na 17º posição, apresentando apenas 1,30% da produção
vinculada ao tema, este resultado é reflexo da difusão da indústria 4.0 no país. Estudo
realizado pela Confederação Nacional da Indústria (2016) com 2.225 empresas, identificou
baixa disseminação no conhecimento da indústria brasileira no que tange às tecnologias
digitais, assim como, sua inserção à produção. A pesquisa mostrou, ainda que, 42% das
empresas desconhecem a importância das tecnologias digitais para a competitividade da
indústria.
No que tange a rede de colaboração entre os países que apresentam produção científica sobre
Indústria 4.0 (Figura 4), a Alemanha apresenta posição central, sendo seus principais
colaboradores: França (6), Espanha (5), Itália (4), Reino Unido (4).
Figura 4 - Rede de colaboração entre país
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Fonte: Dados da Pesquisa
Por meio do estudo, foi possível constatar que apesar da Alemanha ser o país com o maior
número de produções científicas sobre a Indústria 4.0 e ser considerado o país de referência
na área, dos trabalhos analisados somente 21% deles foram realizados em colaboração com 29
países. Todavia, este cenário pode se modificar em pesquisas futuras, aumentando o número
de colaborações entre os países.
Segundo Vanz e Stump (2010), a colaboração científica tem crescido em todas as áreas da
Ciência e países, mostrando-se como uma atividade benéfica para a comunidade científica,
assim como para as instituições e países. Uma vez que, contribui para o compartilhamento de
equipamentos e materiais, conhecimento científico, especialização, redução de erros,
treinamento de pesquisadores e orientandos, entre outros.
Com respeito à classificação temática, a Figura 5 demonstra que aproximadamente a metade
dos documentos recuperados está relacionado à área de Engenharia (Engineering), seguidos
de Ciência da Computação e Automação e Controle de Sistemas, totalmente concordante aos
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módulos e sistemas desenvolvidos pelas empresas que estão desenvolvendo novas
tecnologias, buscando implantar a manufatura avançada .
Figura 5 - Porcentagem de documentos por área temática (Subject Category)
Fonte: Dados da Pesquisa
6. Considerações finais
O objetivo desta pesquisa foi apresentar a evolução da produção científica, trazendo um
panorama da Indústria 4.0, indicando os países nos quais este tema está mais consolidado, o
perfil temático dos documentos, as instituições que estão se dedicando ao aprofundamento
deste assunto e a colaboração científica entre os paises . Não se trata de um estudo exaustivo,
o que demandaria maiores aprofundamentos, e sim uma aproximação inicial ao tema da
Indústria 4.0, cuja abordagem em termos acadêmicos é ainda bastante escassa nas bases de
dados da plataforma Web of Science.
7. Referências
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