Resumo
Hoje estamos vivendo uma nova revolução, a chamada quarta revolução ou Indústria 4.0, e você precisa estar bem informado sobre ela, participando como protagonista e não apenas como um seguidor.
O termo Indústria 4.0 (i4.0) refere-se à conjunção de mudanças tecnológicas na manufatura, onde as prioridades operacionais são estabelecidas a partir de uma estrutura totalmente conectada, visando a competitividade global das indústrias.
O conceito Indústria 4.0 foi estabelecido pelo governo alemão em 2011 e representou mudanças significativas em muitas profissões, impactando diretamente na capacitação de pessoas, que terão que aprender novas habilidades em função do uso de dispositivos de alta tecnologia que se tornarão equipamentos indispensáveis para as atividades diárias, e você não é exceção.
Este artigo explicará a definição global da Indústria 4.0 e a importância de usar componentes industriais altamente duráveis, que irão garantir a continuidade das operações automatizadas com o mínimo de contribuição humana.
Visão geral da Indústria 4.0
Começaremos analisando os principais conceitos que envolvem a 4ª revolução industrial, padronizando os conceitos de linguagem. Passaremos agora a explicar conceitos básicos que podem ser facilmente compreendidos.
Em termos gerais, o termo Indústria 4.0 significa automação para compartilhamento de dados em todas as tecnologias de fabricação, incluindo Internet das Coisas (IoT), big data & analytics, sistemas ciberfísicos, fabricação de aditivos, simulação e realidade aumentada (AR) para integração horizontal e vertical em máquinas, computação em nuvem e robôs autônomos.
A Indústria 4.0 desempenha um papel na ajuda para integrar e combinar máquinas inteligentes, atores humanos (como você e eu), objetos físicos, linhas de fabricação e processos em estágios organizacionais para construir novos tipos de dados técnicos, cadeias de valor sistemáticas e altamente ágeis.
O termo 4.0
A i4.0 tem o nome da ordem cronológica na qual as revoluções industriais anteriores foram nomeadas (fig. 1), cada uma das quais levou a grandes mudanças no domínio das tecnologias de fabricação. A primeira foi a passagem da energia da água e do vapor para a energia mecânica, a segunda foi a produção em massa e a terceira foi a automação utilizando as informações em sistemas automatizados.
A primeira etapa, Indústria 1.0, começou no final do século 18 utilizando dispositivos mecânicos para transformar a energia da água e do vapor em energia mecânica, utilizada principalmente no setor agrícola. Depois disso, a Indústria 2.0 começou e foi associada à produção em massa, como a forma padronizada de produção em geral. Foi só no século 20 que a Indústria 3.0 entrou em uso, juntamente com os avanços nas tecnologias de informática, esses avanços eram de fácil utilização e foram implementados em várias etapas de produção, conectando muitas profissões em uma nova linguagem: programação. Não é até a Indústria 4.0 que todas as profissões utilizam sistemas de programação de computadores para se adaptarem a suas atividades locais, mas não são obrigadas a conhecer linguagens de codificação, mas sim a aprender e utilizar softwares que conectem usuário-computador-máquina em sua vida profissional (Gorecky et al. 2014).
Fábricas inteligentes para a Indústria 4.0
O futuro da fabricação global é baseado em fábricas inteligentes, isto consiste no uso global da automação em fábricas digitalizadas e produtos digitalizados, ou em outras palavras, nos quatro estágios da revolução industrial. Mas até hoje, nenhuma definição única descreve todos os aspectos da Indústria 4.0 em termos básicos, o que dificulta a distinção de todos os seus componentes. O termo e a definição com a maioria das abordagens distinguem um mínimo de 9 características essenciais para a Indústria 4.0, como mostrado na figura 2, estes componentes são essenciais, mas isso não significa que eles sejam os únicos, cada um desses componentes é explicado abaixo.
Sistema Ciber-Físico (CPS), Big Data, Internet das Coisas (IoT) e Internet dos Serviços (IoS)
O CPS consiste no fato de que cada estação de produção possui sensores que comunicam em tempo real todas as situações físicas representadas em modelos virtuais.
Devido ao grande volume de informações, o CPS é a base da Internet das Coisas (IoT) combinada com a Internet de Serviços (IoS). Com ambos os sistemas digitais funcionando em sintonia, será mais fácil conectar e controlar toda a cadeia de produtiva, desde a produção, o maquinário até o armazém (He 2016).
A enorme quantidade de dados é processada em um conceito de análise de big data e consiste em avaliar todas as informações e é usada para prever e gerenciar todos os dados para avaliar e tomar decisões complexas. A big data pode controlar quatro dimensões principais: volume, variedade, velocidade e valor (Witkowski 2017).
Robôs autônomos
Atualmente os robôs usados nas fábricas só executam instruções programadas sob certas condições, mas na Indústria 4.0, os robôs terão a capacidade de interagir com outros robôs, eles serão mais compactos, econômicos e sofisticados que os atuais, resultando em robôs com maior funcionalidade e um certo grau de autonomia para a fabricação.
Realidade Aumentada (RA)
A AR, é um dos benefícios mais promissores da Indústria 4.0, ela pode prever com alta precisão a frequência de manutenção produtiva total (TPM) para máquinas e ocasionando uma menor frequência de manutenções corretivas, o que significa que componentes com que necessitem de trocas ou manutenções frequentes devem ser substituídos por outros materiais que garantam uma vida útil mais longa que os atuais e que possam ser programados em manutenção preditiva. Isto representa reduções de custo em comparação com o TPM contínuo como feito hoje (Masoni et al. 2017).
Manufatura Aditiva (Impressão 3D)
A produção de protótipos rápidos e baratos usando uma impressora 3D, nos permitindo testa-lo de forma rápida, diminuindo o tempo de projetos e alterações de última hora em conjunto com os dados processados disponíveis. Esta é uma das principais vantagens e uma das ferramentas mais relevantes para a adoção do Industria 4.0.
Computação em nuvem
Consiste em introduzir e manter todas as informações de cada estação em armazenamento compartilhado. Como as informações disponíveis são tão grandes, elas podem ser armazenadas em primeiro lugar em uma máquina ou estações de serviços que estejam conectadas à rede (ou nuvem), com isso a funcionalidade de cada equipamento e os dados necessários para ela, estarão disponíveis no sistema na nuvem, permitindo gerenciar grandes quantidades de dados sem a necessidade de armazenamento local (grande e caro) e podem ser processados individualmente.
Simulação
Simulação significa entrar em treinamento avançado. As simulações são realizadas em tempo real usando múltiplos dados em um modo virtual o mais próximo possível do mundo real, permitindo conhecer ou simular a saída de um sistema. Esta simulação inclui a participação de humanos, robôs, estações de processo e até mesmo armazéns. Ela é destinada a operadores que otimizarão as configurações de parâmetros em um modelo virtual antes de otimizá-lo em atividades reais. É um treinamento de alto nível, sem desperdício de materiais.
Simulação significa entrar em treinamento avançado. As simulações são realizadas em tempo real usando múltiplos dados em um modo virtual o mais próximo possível do mundo real, permitindo conhecer ou simular a saída de um sistema. Esta simulação inclui a participação de humanos, robôs, estações de processo, até mesmo armazéns e outras variáveis. Ela é destinada a operadores que otimizarão as configurações de parâmetros em um modelo virtual antes de otimizá-lo em atividades reais. É um treinamento de alto nível, sem desperdício de materiais.
Importância de um sistema TPM na Indústria 4.0
Comecemos por definir o que é TPM. Total Productive Maintenance ou TPM é uma prática de gerenciamento que considera todos os aspectos da manutenção de equipamentos, o comportamento das pessoas e o processo de produção para alcançar e manter a máxima eficiência dos equipamentos e operações, em outras palavras, é a previsão de manutenção preventiva em todas as máquinas para evitar que elas parem devido a uma falha ou mau funcionamento que possa fazer com que elas comecem a apresentar comportamento errático e a impactar a qualidade dos produtos.
Um dos aspectos fundamentais para implementar os princípios da Indústria 4.0, é o funcionamento correto de todos os equipamentos, desde as peças mais simples até as mais complexas, levando em conta que devido a causas naturais, os equipamentos e seus componentes tendem a se desgastar e devem ser substituídos.
Podemos distinguir oito passos para criar um TPM sólido para a Indústria 4.0, que abrange diferentes aspectos, desde a definição dos objetivos até a obtenção da tecnologia apropriada e poder medir os KPI’s (Indicador-chave de desempenho) que indica o sucesso de sua implementação (figura 3), à primeira vista parece muito semelhante ao TPM real, mas a Manutenção Preditiva 4.0 (PM) será um fator chave para garantir a continuidade do processo sem leituras erráticas de dados ou paradas na linha de produção.
Para o PM 4.0, será necessário utilizar peças bem conhecidas e duráveis que apresentem o menor desgaste em operação normal, prestando atenção especial aos componentes internos do equipamento, que devido à sua localização e função podem representar paradas de máquina que devem ser programadas em intervalos cada vez mais longos entre si.
A lista de peças de reposição deve incluir desde o início a instalação de peças que garantam a maior durabilidade e que devido às suas condições de trabalho se desgastam mais comumente, tais como filtros, correias e vedações, entendendo que até as menores peças são relevantes no processo, uma parada de maquina não programada devido a uma peça pequena pode causar o mesmo transtorno ou mais que uma peça grande.
Criando uma cultura de confiabilidade com peças pequenas em processos i4.0
Vedações O-ring em FFKM
Os O-rings estão presentes em quase todas as etapas de fabricação de equipamentos, estes produtos são amplamente utilizados em sistemas mecânicos e alguns eletromecânicos para vedar diferentes tipos de fluidos, sejam líquidos ou gases. Seu funcionamento é simples: são montados nas ranhuras ou cavidades do sistema, onde deformam ligeiramente até adotar a forma onde são instalados e estão evitando vazamento de gases ou fluidos. (Ver fig. 4)
Os anéis em O se distinguem pelas seguintes especificações:
- Diâmetro da seção transversal (perfil)
- Diâmetro interno
- Composição do material
- Dureza do material
Os O-ring são projetados para aplicações variadas na indústria, diversas faixas temperaturas, pressões, fluidos e gases. Diversos elastômeros podem ser usados na fabricação de O-ring, cada qual para uma finalidade.
Diferentes elastômeros são utilizados para aplicações específicas na fabricação de O-ring, isto significa que existem diferentes tipos de elastômeros para cada aplicação e função para completar à tarefa (tabela 1) . Os elastômeros mais utilizados são o Buna (alta elasticidade) e o Nitrilo (alta resistência a vários produtos químicos).
Outro elastômero amplamente utilizado é o Neoprene, pois ele oferece boa estabilidade e é utilizado em aplicações de refrigeração, petróleo e automotivas. O silicone também é usado para aplicações que utilizam grandes quantidades de ar comprimido.
Vários tipos de elastômeros são usados para exigências específicas de aplicação, como em aplicações aeroespaciais e semicondutoras que usam Fluoroelastômero (FKM) e Fluorosilicone.
É bem conhecido que o desempenho de um O-ring depende do material do qual é feito, portanto, a escolha pelo preço ou disponibilidade de momento, reduzirá drasticamente a vida útil do equipamento, colocando em risco a produção, a máquina e as pessoas, forçando paradas não programadas o que atrasa a produção e leva a falhas dispendiosas.
Tabela 1. Propriedades do material para selos de vedação O-Ring
O-ring de Perfluoroelastómero (FFKM)
Este tipo de elastômero é recomendado por sua resistência superior e versatilidade em uma grande variedade de aplicações, incluindo ambientes altamente agressivos (química e termicamente), oferecendo uma vida útil significativamente mais longa do que outros materiais mais comercialmente disponíveis. Os O-ring feitos de FFKM podem atender às mais exigentes demandas de durabilidade e confiabilidade, o que se traduz em maior segurança nas operações industriais e economia nos processos de manutenção a longo prazo.
Nós da Serall® oferecemos O-ring feitos em FFKM que atendem às mais altas exigências de durabilidade e tempo de serviço, o que proporcionará tranquilidade e garantirá uma utilização confiável e de longo prazo do equipamento, conforme exigido pela Indústria 4.0.
Como você pode ver, há vários materiais para diferentes aplicações usando O-ring, onde a escolha é geralmente baseada nos requisitos mínimos, o que significa um preço mais baixo, entretanto, estas considerações devem ser vistas de outra perspectiva na Indústria 4.0, onde todos os sistemas precisam funcionar sem falhas, e as implicações de uma falha ou parada de equipamento para uma peça tão pequena quanto um O-ring devem ser reavaliadas.
Na Indústria 4.0, o uso de materiais que garantem uma durabilidade mais alta é de importância crítica, o investimento em vedações de borracha de alta qualidade deve ser considerado, garantindo o desempenho e a economia de custos, levando em conta a continuidade de todo o processo, evitando tempo de parada não programado da máquina e margem para erro humano.
Você se lembra do provérbio “Por falta de um prego um reino foi perdido”, onde um cavaleiro com uma mensagem importante para ganhar uma batalha, por não substituir um prego na ferradura do cavalo, acabou sacrificando o animal, portanto, não conseguiu entregar a mensagem e seu reino perdendo a batalha. Este provérbio significa que se uma situação tem um problema menor que não é resolvido, o problema menor crescerá e criará um problema maior por si só. assim, exemplificando a teoria do caos baseada no que qualquer ação ou omissão, por mínima, insignificante e estranha que possa parecer, pode alterar as consequências a curto, médio ou longo prazo.
Bem, o O-ring é o “prego” e o maquinario o “reino” aqui, isto significa que você pode perder todo o controle sobre seu processo apenas por causa de uma peça que não é bem escolhida, o materiais de baixa qualidade (claro, com um preço baixo), poderia resultar em custos mais altos para uma empresa que trabalha sob os preceitos da Indústria 4.0.
Aspectos globais da Indústria 4.0
A Indústria 4.0 pode ser entendida como uma conjunção de tecnologias avançadas que utilizam a Internet para transportar, armazenar e apoiar certas atividades. Isto cria uma nova realidade com uma combinação de atores humanos, máquinas inteligentes, objetos físicos, digitais e linhas de processamento e seus estágios, construindo novos tipos de dados disponíveis, sistemas automatizados assim como alta agilidade e flexibilidade para a cadeia de valor (Schumacher et al. 2016).
Iniciativas governamentais
Vários países incorporaram o conceito da Indústria 4.0 como parte de suas políticas públicas, contemplando que ela será uma nova realidade, o investimento no desenvolvimento desta abordagem de fabricação fará a diferença entre ser um líder mundial ou ter uma indústria atrasado obsoleta em seu país.
As diferentes iniciativas mundiais sobre a política da Indústria 4.0 são
- Em 2011 a Alemanha lançou a iniciativa sob sua Estratégia de High-Tech 2020, distinguindo-se assim como os iniciadores da Indústria 4.0;
- Em 2011, o presidente americano Barack Obama iniciou uma série de ações, discussões e recomendações em nível nacional, intitulada “Advanced Manufacturing Partnership” (AMP);
- Em 2012, o governo alemão aprovou um plano de ação conhecido como ” High-Tech Strategy 2020″;
- Em 2013, o governo francês lançou o conceito “La Nouvelle France Industrielle”;
- Em 2013, foi implementado no Reino Unido um plano de ação de longo prazo para a indústria manufatureira chamado “The Future of Manufacturing” (O Futuro da Indústria);
- Em 2014, a Comissão Europeia emitiu o relatório ” Factories of the Future (FoF)”, onde fala sobre uma nova parceria público-privada (PPP) contratual;
- A Manufacturing Innovation 3.0 é um plano lançado pelos sul-coreanos em 2014, como resultado, a Hyundai desenvolveu um novo carro autônomo, o Hyundai Genesis sedan;
- A China, em 2015, lançou duas políticas ao mesmo tempo: as estratégias “Internet Plus” e “Made in China 2025”;
- Em 2016, o governo de Cingapura lançou seu Plano RIE 2020 (Research, Innovation, and Enterprise) com um orçamento de 19 bilhões de dólares;
- Em 2016, o governo mexicano lançou um plano para a Indústria 4.0, com uma data posterior para 2016-2030, onde promove a ligação de centros de inovação em diferentes partes do país para colaboração com indústrias médias e pequenas;
- Em 2017, a Malásia adotou uma política energética para ajudar suas diversas indústrias a entrar na Indústria 4.0, através da automação e fabricação inteligente;
- Em 2019, no Brasil, o Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovação e Comunicações (MCTIC), lançou a Câmara Brasileira da Indústria 4.0 para aumentar a competitividade e a produtividade das empresas brasileiras.
Em resumo, as iniciativas governamentais mencionadas anteriormente mostram como diferentes países ao redor do mundo estão significativamente preocupados com o avanço das tecnologias como a Indústria 4.0 pode trazer muitos impactos positivos para o desenvolvimento de uma nação. Em breve, o mundo físico, biológico e digital convergirão, permitindo aos cidadãos interagir com diferentes governos, empresas e agências, abrindo as portas para novas possibilidades.
Informações-chave do mercado
Com o surgimento da quarta revolução industrial (i4.0), as empresas estão mostrando melhorias de eficiência, maiores lucros a custos menores, aumento da produção, ofertas personalizadas e novos rendimentos e modelos de negócios.
De acordo com uma análise da “Fortune Business Insights”, o mercado global apresentou um crescimento significativo de 14,5% em 2020 em comparação com o crescimento anual durante 2017-2019. O mercado deverá crescer de USD 116,14 bilhões em 2021 para USD 337,10 bilhões em 2028 a uma CAGR de 16,4% durante 2021-2028.
Impacto da pandemia da COVID-19
A pandemia da COVID-19 sinalizou um momento importante para o mercado global e sua relação com a Indústria 4.0. Agora, com muitas pessoas fazendo Home Office, há uma nova oportunidade para programadores e líderes digitais desenvolverem soluções criativas para acelerar a transformação digital com o mínimo de intervenção gerencial em todos os níveis da empresa.
Algumas empresas de manufatura pararam completamente a produção, outras experimentaram uma diminuição significativa na demanda, finalmente, há um terceiro grupo que tem presenciado um aumento significativo. Muitos fabricantes que não estão fazendo ajustes para a transição para a era da Indústria 4.0, podem ter dificuldade em se conectar com outras empresas já dentro da Indústria 4.0, o que significa perda de oportunidades de negócios. Neste cenário, a flexibilidade para analisar e ajustar os requisitos de estoque, otimizar as cadeias de abastecimento e aumentar a capacidade de fabricação com tecnologias avançadas será crucial para fabricantes e empresas em todo o mundo. Além disso, espera-se que as iniciativas governamentais sejam benéficas para ajudar as empresas a se sustentarem durante a pandemia.
Segmentação
Por análise de aplicação
O mercado pode ser classificado em fábricas inteligentes, automação industrial, e IoT industrial com base na aplicação.
A IoT para o setor industrial ou Internet Industrial das Coisas (IIoT) é a conjunção de duas revoluções para a Indústria, oferecendo benefícios atrativos em sua implementação em equipamentos industriais: conectividade total através de conectividade wireless e sensores, os fabricantes podem conhecer o status das máquinas em tempo real aumentando seu desempenho e identificando possíveis falhas ao planejar programas de manutenção.
O segmento industrial IoT (IIoT) ganhará impulso durante o período previsto em todos os níveis.
América do Norte e LATAM na Indústria 4.0
As empresas norte-americanas estão se adaptando rapidamente ao conceito de fabricação inteligente, para a qual se espera que esta região domine a indústria global 4.0 nos próximos anos. Hoje, a maioria das fábricas na América do Norte já estão equipadas ou adquirindo novas máquinas e tecnologia de fábricação inteligente e simultaneamente, e o recrutamento de desenvolvedores de software está aumentando significativamente, permitindo que outras empresas façam a transição da fabricação convencional para a fabricação inteligente. Hoje você pode ver grandes personalidades no mercado juntamente com iniciativas governamentais, desenvolvendo e estimulando o financiamento em atividades de P&D, todos estes são fatores extremamente importantes que fazem da América do Norte uma região dinâmica para impulsionar o crescimento do mercado.
Na LATAM, no Oriente Médio e na África, a iniciativa Indústria 4.0 é um impulso principalmente das iniciativas governamentais que estimulam a adoção de tecnologias digitais em seu plano anual de desenvolvimento. A estratégia se baseia no fortalecimento de sua posição como um núcleo global para a Indústria 4.0 e no aumento do número de fábricas inteligentes para apoiar a economia nacional.
Para o México, que se destacou como o principal parceiro comercial dos EUA, existem muitas grandes empresas transnacionais, onde a adoção de tecnologias para Indústria 4.0 está diretamente relacionada à implementação dessas tecnologias em suas “empresas-mãe” nos EUA, representando aproximadamente 50% da indústria atual, ao mesmo tempo, o restante corresponde a médias e pequenas empresas, que estão relutantes a estas mudanças devido ao investimento e à falta de conhecimento. A proposta do México havia sido apresentada com o apoio do “Centro de Investigación e Innovación”.
No Brasil, as principais iniciativas vêm de associações de empresas para estimular a implementação de ativos digitais a fim de acelerar a adoção de tecnologias avançadas. A maioria da indústria nesta região está consciente da necessidade de adotar a nova tecnologia i4.0, no entanto, o progresso neste sentido é lento, sem investimentos consideráveis no momento. Além disso, há o medo de trabalhadores sindicalizados que expressaram o medo de ficarem sem emprego.
Escopo e segmentação para a Indústria 4.0
Há segmentação por aplicação, por vertical e por região para a adoção da Indústria 4.0, com tamanho de mercado de US$ 101.6 bilhões e previsão de US$ 337.10 bilhões até 2028, a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR). Detalhes sobre a distribuição por região e segmentação são mostrados na tabela 2.
Tabela 2. Detalhes por tempo, segmentação e região sobre o futuro da Indústria 4.0 (adaptado de Fortune Business Insights)
Conclusões
A Indústria 4.0 é como um resort cinco estrelas em uma bela ilha. Todos querem ir, mas chegar lá leva muito tempo, dinheiro e esforço.
A Indústria 4.0 passou de uma iniciativa governamental para uma realidade crescente na indústria manufatureira, aproveitando outros desenvolvimentos tecnológicos de ponta como a Internet das Coisas (IoT), para a conectividade do próprio maquinário, originando o conceito de Internet Industrial das Coisas (IIoT).
Devido à COVID-19, notou-se um aumento na demanda em setores industriais chaves, apoiado pela integração digital de soluções avançadas em operações comerciais.
Estima-se que os Estados Unidos serão o maior expoente da Indústria 4.0 até 2030, juntamente com a China, que fabricará todos os componentes que funcionarão como interface entre as máquinas e sua conectividade com a Internet.
O IIoT abrange aplicações industriais, incluindo robótica, dispositivos médicos e processos de produção definidos por software para segmentos como fabricação, energia e serviços públicos, automotivo, petróleo e gás, eletrônica aeroespacial e de defesa e outros bens de consumo.
Os esforços incluirão conectividade e componentes de maior durabilidade para manter um estado de trabalho contínuo por mais tempo e reduzir as paradas de linha na indústria.
Um material de alto desempenho como o FFKM, produzido pela Serall, é apenas um dos muitos materiais e componentes que atendem às exigências de uma Indústria 4.0. Seu uso é tão potente que sua instalação nas fábricas de hoje oferece resultados superiores. Lembre-se do provérbio “Por falta de um prego”.
Na Serall, contemplamos a iminente integração de diferentes indústrias à Indústria 4.0, razão pela qual nos concentramos em trazer ao mercado, O-ring feitos em Perfluoroelastómero (FFKM), para suportar os requisitos industriais mais exigentes, antecipando as exigências das equipamento e suas aplicações na Indústria 4.0. Caso você queira saber mais sobre a implementação de vedações de perfluoroelastômero (FFKM) em sua empresa, entre em contato com um especialista Serall fazendo clique aqui e descubra como nossas soluções podem ajudá-lo a enfrentar os novos desafios da Indústria 4.0 aumentando sua produtividade e diminuindo seus custos operacionais.
Fontes:
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Em memória de Sergio Castañeda †.