Informação e Representação de PME Projecto nº 17068 - AAC nº 01/SIAC/2010
DL 1.2-1-001
Informação e Representação de PME
Projecto SIAC nº 17068
Deliverable N.º:
DL 1.2-1-001
Tarefa:
T 1.2
Nome do Deliverable
Manufactura – visão geral
Nome da Tarefa
1.2 - Reporting tecnológico
Data do documento:
01-11-2013
Mês de entrega
M 21
Autores
Sérgio Oliveira (PEM)
Nuno Cunha (AAV)
Nível de disseminação (PU = público, RE = restrito aos participantes, CO = PU/RE/CO/PO
confidencial, PO = apenas para o POFC/QREN)
Projecto Co-Financiado pelo QREN e pela União Europeia, Fundo de Desenvolvimento Regional
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Indíce
Introdução .................................................................................................... 3
Visão Geral ................................................................................................... 4
Estratégia Europeia ..................................................................................... 8
Referências................................................................................................. 11
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Introdução
O objectivo do presente relatório é a análise das oportunidades de inovação e negócio relacionados com
um conjunto de tecnologias utilizadas na área de manufactura e frequentemente referidas como Advanced
Manufacturing. Estas tecnologias fazem parte da New Manufacturing Economy, uma renascença da
manufactura baseada em tecnologias frequentemente associadas com a New Economy ou seja a economia
pós-industrial.
Apresentamos primeiro o contexto geral, tecnológico bem como económico-político e posteriormente, em
relatórios subsequentes, discutimos algumas das tecnologias mais promissoras.
As tecnologias analisadas neste contexto são



Manufactura aditiva (3D printing),
Internet of Things e comunicação Machine2Machine (M2M) e
Tecnologias de automatização.
Nem todas estas tecnologias são novas, M2M por exemplo, mas também muitas das tecnologias de
automatização (CNC, CAD, robótica industrial) são já conhecidas e usadas há muitos anos. Combinadas com
novas tecnologias, tais como redes de sensores sem fios ou a manufactura aditiva, mudam o papel que têm
no processo da manufactura.
A análise das oportunidades foca-se, mas não se limita, a PMEs. Estas tecnologias são interessantes na
medida em que permitem a entrada no mercado, sem grandes investimentos em máquinas e outras
instalações industriais. De facto, esta possibilidade é mesmo uma das características do que é “novo” na
New Manufacturing Economy: trata-se tipicamente de tecnologias “leves” com base em ICT e serviços.
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Visão Geral
Nos anos setenta, a manufactura entrou em crise nos países da Europa e da América de Norte, com
impacto na indústria até hoje.
As razões desta crise são múltiplas, mas os aspectos mais importantes estão relacionados com questões de
eficiência e custos de mão-de-obra. Foi-se tornando cada vez mais difícil concorrer com as economias
desenvolvidas e emergentes da Asia, como Japão e os mercados tigre antes da crise da Ásia e depois, China,
Coreia de Sul e India, as quais apresentam custos de produção muito mais baixos do que nas economias
clássicas na Europa e na América de Norte.
Os acordos internacionais no processo da globalização nos anos noventa (fundação da WTO, tratado TRIPS)
aceleraram este desenvolvimento bem como as reacções nos países industriais em termos da
reestruturação do tecido industrial que iniciou a redução de mão-de-obra na área da manufactura.
Na perspectiva política, a estratégia mais utilizada foi a reestruturação em termos da substituição da antiga
indústria por serviços e novas tecnologias. Em muitos países da Europa, bem como no norte da América, a
manufactura diminuiu significativamente. Estima-se que o número dos postos do trabalho na manufactura
em 1979 nos EUA seria de 20M, enquanto hoje este número corresponde a 12M, ou seja, o número de
postos de trabalho diminuiu 40%.1 Na Inglaterra, onde o Thatcherismo e depois, New Labour optaram por
um caminho ainda mais radical, a área perdeu durante o mesmo intervalo de tempo mais de 60% dos
postos de trabalho, diminuindo o sector de 6.8M para 2.5M operários.2
Estas reformas contribuíram, para a modernização e diversificação do tecido industrial e aumento da
produtividade das economias desenvolvidas. No entanto a contribuição dos EUA no conjunto dos bens
produzidos a nível mundial mantém-se constante há trinta anos, cerca de 22%.3 Isto significa que a
produtividade do sector melhorou significativamente. Ou seja, nem os EUA nem os países da Europa
conseguiram aumentar a sua parcela na produção mundial neste mesmo intervalo de tempo.
Os países industrializados clássicos estão a perder terreno para as economias emergentes, em particular da
Ásia e da América Latina. Segundo o índice de manufactura global da Deloitte4, nos primeiros lugares do
ranking mundial encontram-se a China, India e Coreia do Sul. Ainda segundo o mesmo ranking os EUA
encontram-se actualmente no quarto lugar e cairão para o quinto até 2015, abrindo espaço para o Brasil. O
primeiro país europeu na lista está em oitavo lugar, a Alemanha, atrás do Brasil, Japão e México.
1
Peter Dizikes, “A manufacturing Renaissance for Amercia?”, MIT News, March 2010; a seguir referido como MIT.
Aditya Chakrabortty, “Why doesn’t Britain make things anymore?” The Guardian, November 2011.
3
MIT.
4
Deloitte, “Global Manufacturing Competitiveness Index.” June, 2010 (Deloitte 2010).
2
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ILUSTRAÇÃO 1: ÍNDICE DE MANUFACTURA GLOBAL
A redução da manufactura no tecido industrial das economias emergentes, parecia uma política sem
alternativa nos anos oitenta e noventa, contudo tal redução acarreta sérios riscos, a manufactura é
importante na cadeia de produção e inovação.
Com a deslocalização da manufactura, Europa e os EUA estão a perder competências fundamentais nesta
cadeia.5 Para Europa esta tendência é particularmente perigosa porque é na transformação de ideias para
produtos, onde esta economia é particularmente fraca.6 É o dilema em que que Europa é forte a criar
ideias na investigação fundamental, mas fraca na exploração das mesmas. Em outros países, incluindo os
EUA, existem programas de apoio à inovação em termos de desenvolvimento de processos e tecnologia de
fabricação. Na Europa, actualmente, existe pouco apoio para esta parte da cadeia da inovação. Ao mesmo
tempo, a Europa está a perder capacidades de inovação em relação a outros países como os EUA, mas
também Japão, China, Coreia do Sul e India.
Um exemplo ilustrador da difusão de conhecimento na área da manufactura é a Huawei, uma empresa
chinesa que começou nos anos oitenta como distribuidora de produtos tecnológicos importados. Nos anos
noventa começou de produzir componentes de rede e telemóveis, sob licença dos produtores nos EUA,
Canadá e Europa. Hoje em dia, a Huawei é um dos maiores fornecedores no mundo em redes móveis e
equipamento de infra-estrutura para as mesmas, de notar que estes sectores foram dominados até há
poucos anos por empresas como Ericsson, Alcatel, Nokia e Siemens. A Huawei, conseguiu subir toda a
cadeia de valor nestes mercados no intervalo de vinte anos e neste processo, ganhar quota de mercado,
anteriormente ocupado pela indústria europeia.
5
Rana Foroohar, Bill Saporito, “Made in the USA. Against all Odds, Manufacturing is staging a Comeback.” TIME, April
2013 (Made); vê também MIT.
6
High-Level Expert Group on Key Enabling Technologies, “Key Enabling Technologies – Final Report”, June 2011 (KET11).
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Na óptica das empresas na área da manufactura, o êxodo dos países desenvolvidos traduz-se no
outsourcing para fábricas offshore. A principal vantagem é obviamente a diferença nos custos da mão-deobra. Mas a produção offshore apresenta também ameaças, sendo a mais directa, a cópia. Empresas como
a Huawei aprenderam com a manufactura que fizeram sob licença e aproveitaram o conhecimento
adquirido para lançar os seus próprios produtos optimizados em termos de preço ou de qualidade.
Outras desvantagens da produção offshore têm a ver com a inércia do processo.7 O transporte limita a
flexibilidade para reagir a mudanças no mercado, tais como a descida ou subida de preços, mas ainda mais
importante, a expectativa dos clientes.
Problemática é também a gestão da cadeia de fornecedores a nível mundial. Implementar alterações
implica alterações em transportes de matéria-prima, componentes e produtos em vários países do mundo.
Ao mesmo tempo, a vantagem relativiza-se, uma vez que os salários e custos indirectos estão a crescer
também nos países offshore como a China e a India.8 A produtividade nos países Europeus e NorteAmericanos, por outro lado, está a melhorar. Como consequência, constata-se um renascer da
manufactura, fruto da estratégia política e das próprias empresas nos países industriais clássicos. Hoje em
dia o offshore boom perdeu força9, ainda há fábricas offshore e ainda existem empresas que decidem
transferir partes da sua produção para países com mão-de-obra mais barata, mas a tendência é a
manufactura voltar para os países donde começou a sair há trinta anos.
Um dos factores mais importantes para esta tendência não tem a ver com os custos da produção, mas sim
com as oportunidades de novas tecnologias influirem na manufactura, estas designadas muitas das vezes
por advanced manufacturing ou new manufacturing economy. Estas novas tecnologias contribuem para
diminuição dos custos, mas principalmente abrem espaço para novos processos e novos modelos de
negócio.
A penetração de tais tecnologias na manufactura introduz uma quebra de paradigma no conceito da
mesma.10 O conceito de manufactura até há pouco tempo foi caracterizado pelo aumento de
competitividade através da redução dos custos. Além da economia de escala, houve sempre um foco na
redução ou no uso optimizado da mão-de-obra como principal contributo nos custos. A deslocalização para
países e regiões com custos de mão-de-obra mais baixos foi um elemento desta estratégia.
Outra dimensão foi a automatização dos processos através de robôs industriais e através das tecnologias
com base em computadores como CAD, CAE e CAM.11
O novo paradigma não aposta, em primeiro lugar, na redução dos custos – ainda que este objectivo
continua de ser de significativa importância12 - mas sim em valor acrescentado. Este valor acrescentado
surge em termos de high performance, customização, serviços ou novos produtos impossíveis ou difíceis de
produzir sem a tecnologia relacionada com a new manufacturing economy.13
High performance é caracterizada por curto prazo de tempo até ao mercado, do desenho até à produção
do produto final. Neste sentido, um contributo tecnológico é a manufactura aditiva, mais conhecida pelo
termo 3D printing.
Esta tecnologia consiste em máquinas relativamente pequenos e parecidos a impressoras que aplicam o
material camada por camada, controlado por software que corre num computador pessoal com sistema
7
Made.
Uma diagnose popular é que a China chegou ao seu Lewis Turning Point, vê discussão em baixo, secção pp. 26ff.
9
Made.
10
F. Jovane, E. Westkämper, D. Williams, „The ManuFuture Road. Towards Competitive and Sustainable High-AddingValue Manufacturing.“ Springer, 2009 (ManuFuture 2009).
11
Ver também a discussão mais detalhada pp. 22ff.
12
Deloitte 2010.
13
ManuFuture 2009.
8
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operativo de consumidores como MS Windows, Mac OS ou GNU Linux. A tecnologia não elimina a
necessidade da engenharia de manufactura, no entanto reduz esta engenharia a problemas solucionáveis
através de software com equipamento de baixo preço.
Outras tecnologias com impacto na performance, seja em termos de prazo até ao mercado, seja em termos
de outros aspectos como o aumento da qualidade, são os sistemas de controlo de máquinas, em particular,
redes de sensores.
As redes de sensores permitem o controlo e monitorização numa escala mais fina das peças em linha de
produção e permitem assim alertas com mais precisão, por exemplo em caso de peças que falhem testes de
qualidade.
O 3D printing também facilita manufactura além da economy of scale. As impressoras 3D são muito mais
baratas do que as máquinas tradicionais e, ainda mais importante, permitem um leque de configurações
mais vasto. Assim, os custos da aquisição, mas também os custos para a customização deste tipo de
máquinas são mais baixos.
Isto permite a produção de componentes altamente especializados em pequenas quantidades e assim a
redução dos custos para os clientes ou até tornar a produção de componentes rentáveis com equipamento
tradicional, que simplesmente não tinham sido produzidos por razões económicas no passado.
Um desenvolvimento parecido foi já introduzido pela tecnologia mais antiga de CNC (Computerised
Numeric Control) em conjunto com aplicações CAD (Computer Aided Design). As máquinas CNC são fresas
configuradas e controladas por software, estas são capazes de produzir uma grande variedade de peças
através de reprogramação. Tal como no caso de impressoras 3D, existe software CNC que corre em
computadores de utilizadores sem necessidade de hardware ou sistemas operativos especializados.
Uma estratégia já clássica de valorizar produtos é acrescentar serviços. Nos EUA esta estratégia é praticada
por muitos actores p. ex. na indústria automóvel. Os fabricantes de carros oferecem produtos altamente
enriquecidos com base em redes de fornecedores de produtos e serviços à volta de automóveis como
seguros, oficinas, serviços de navegação, etc.
Esta valorização de produtos ganhou uma nova dimensão com a internet e em particular com a Internet of
Things (IoT) que combina sistemas embebidos com aplicações de internet. Um exemplo típico vem da GE
Energy Storage, vendedor de baterias ao nível mundial. A vantagem das baterias da GE não é o preço, mas
os serviços que acompanham as baterias: sensores medem as condições das baterias e do seu âmbito. Os
sensores enviam os dados medidos através de redes sem fios e da internet para os engenheiros da GE. Com
isto, a GE é capaz de obter perfis de dados diferenciados sobre as condições de produtos em vários
contextos de uso (Bangladeshi heat vs. Mongolian cold14). A GE aproveita desta informação para optimizar
as baterias para as condições específicas do destino, mas também para fornecer dados aos clientes como
esperança de vida actual da bateria, condição actual, expectativa de falhas, etc. Informação valiosa, por
exemplo, para carros eléctricos, mas também para instalações industriais críticas e manutenção das
mesmas.
Os novos produtos estão sobretudo relacionados com novos materiais, tais como polímeros reforçados
com fibras, shape memory alloys ou materiais baseados em nanotecnologia e de novo, com tecnologias
relacionadas com IoT. Em relação a tecnologias baseadas na IoT, muitos tipos de produtos são possíveis. As
áreas típicas de aplicação são smart living, smart environments, urban environments, assisted living,
protecção de saúde, automóveis, etc. Muitos destes produtos combinam dispositivos (sensores, telemóveis,
automóveis, electrodomésticos) com serviços adicionais. Existe assim, uma transição suave dos produtos
melhorados com serviços mencionados acima.
Os “novos” materiais como polímeros reforçados com fibras existem já há muitos anos, alguns desde o
início ou meio do século passado. No entanto, nos últimos anos houve avanços na tecnologia de produção,
modelagem e reciclagem deste tipo de materiais que permitem uma aplicação mais ampla dos mesmos.
14
Made
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Projectos industriais com a dimensão do Boeing 787 e Airbus 380 demonstraram que o uso de novos
materiais em grande escala é possível e rentável. Avanços na tecnologia de manufactura de novos materiais
como high-pressure resin transfer molding e automated fibre placement facilitam e aceleram a produção de
componentes com base em polímeros reforçados15. Experiências académicas e protótipos industriais na
área de reciclagem de compósitos prometem avanços também nesta área nos próximos anos.
Avanços na modelagem e na simulação também facilitam o desenho de novos materiais como ligas com
várias características, particularmente o efeito térmico de memória. O último, permite a engenharia de
dispositivos impossíveis sem materiais com este efeito, p. ex. actuadores com grande força e eficiência.
Com hardware moderno de grande capacidade de computação e as ofertas de capacidade de computação
na cloud disponíveis hoje em dia é possível modelar novos materiais segundo os requisitos do produto final
com custos moderados. Esta tecnologia tem obviamente limites do ponto de vista da física dos materiais.
Mas o desenho do material segundo os requisitos de um produto – ao invés do desenho através dos limites
físicos do material - é uma mudança no paradigma.
Nos relatórios subsequentes analisaremos com mais pormenor as tecnologias da manufactura aditiva (3D
printing), IoT/M2M e da automatização industrial. Novos materiais não entram nesta análise dado que
existirá outro relatório que falará sobre esta tecnologia.
Estratégia Europeia
A Europa está a ficar atrás da concorrência internacional, no que concerne a mercados de alta tecnologia.
Tal vem acontecendo já desde os anos oitenta, quando Europa em relação aos EUA e Japão, apresentava
menores números em termos de patentes tecnológicas e novos produtos no mercado. A situação agudizouse com o surgimento de novas forças económicas na Ásia, como a China, Coreia do Sul e India. O diagrama
abaixo mostra as percentagens de patentes de vários países ao nível mundial no ano de 2000 (esquerda) e
de 2006 (direita):
Confirma-se que os países da UE ainda retêm uma quota significativa em comparação com as outras
economias “clássicas”, os EUA e o Japão, no entanto esta quota diminuiu. Ao mesmo tempo, a Coreia do Sul
aumentou bastante sendo já comparável com o número total das patentes de todos os países Europeus
juntos. A quota da China também está a crescer, mas aparentemente de uma forma mais lenta que a Coreia
do Sul.
Ao mesmo tempo, a Europa é muito forte na investigação fundamental, as universidades e centros de
pesquisa europeus ainda pertencem aos melhores do mundo. Foi no CERN na Suíça, que foi descoberto o
15
Klaus Ritter, “RTM advances facilitate mass production in the automotive market.” Reinforced plastics.com, 2012.
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boson Higgs, o sucesso científico mais importante do ano 2012 segundo o jornal da American Association of
the Advancement of Science. e um dos premiados com Nobel da física do mesmo ano foi o Serge Haroche
do Collège de France em Paris.
O que falta na Europa – o chamado dilema europeu, já referido anteriormente – é a transferência do
conhecimento científico para produtos comerciais. Sendo a estagnação do número de novas patentes um
sintoma deste dilema.
Segundo a análise do High-Level Expert Group on Key-Enabling Technologies (KET-11), este facto é
parcialmente, um problema do tecido de financiamento disponível na UE, em particular, nos programas de
financiamento ao I&D, como osétimo programa-quadro (FP7) e semelhantes. Tipicamente, programas desta
categoria focam-se na primeira fase do ciclo da inovação: a investigação fundamental e a invenção
tecnológica. Em outros países – e particularmente nos países com economias mais inovadoras existem mais
programas que apoiam as fases mais próximo da entrada no mercado. O diagrama seguinte mostra este
facto nitidamente:
Nos EUA bem como na Coreia do Sul, mais de 40% do financiamento é dedicado ao desenvolvimento de
produtos: cerca de 30% é dedicado a investigação aplicada e menos de 25% vão para investigação
fundamental. A China, neste aspecto, é ainda mais radical, dedicando só pouco mais de 10% a investigação
fundamental e investindo a diferença no desenvolvimento de produtos. A estratégia nos estados-membros
da UE é muito mais conservadora. Mais de um terço do financiamento é investido em investigação
fundamental, quase a metade em investigação aplicada e menos de 20% em desenvolvimento de produtos.
Nos programas a nível europeu esta relação é ainda mais óbvia: 80% do financiamento é dirigido a
projectos com componentes de investigação fundamental e aplicada; só pouco mais de 10% é dedicado ao
desenvolvimento de produtos.
Em termos do ciclo da inovação (e de empresas “start-up” a implementar esta inovação), o acima exposto
corresponde, nas empresas, ao fenómeno chamado “vale da morte” (valley of death). Este termo drástico
refere-se ao fenómeno que muitas tecnologias (e start-ups) “morrem” numa fase depois do
desenvolvimento fundamental da tecnologia e antes da entrada no mercado de um produto comerciável.
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Uma – mas não a única - razão por este fenómeno é a dificuldade em obter capital nesta fase. A tecnologia
já não se qualifica para projectos do género financiado pelo FP7, mas ainda não está suficiente madura para
se qualificar para programas de venture capital ou até para empréstimos bancários.
A CE em conjunto com grupos de especialistas das várias áreas (como o KET) definiu uma nova estratégia no
contexto da estratégia de crescimento 2020. Esta estratégia tem impacto no delinear do sucessor dos
programas FP7 e CIP que terminam em 2013, o programa Horizonte 2020.
Segundo KET-11, está previsto que existam três pilares de financiamento para actividades de inovação:
1. Investigação tecnológica que corresponde à investigação fundamental e a criação de protótipos de
baixo nível de prontidão de tecnologia (TRL);
2. Demonstradores de produtos que correspondem a protótipos de produtos antes da entrada no
mercado, ou seja, com TRL mais elevado;
3. Manufactura competitiva que corresponde a actividades com o objectivo de estabelecer infraestrutura de produção eficiente do produto.
No contexto da análise aqui apresentada o terceiro pilar é o mais interessante. A CE reconhece a
importância da manufactura como veículo de lançar produtos inovadores no mercado, com isto terão
oportunidades de financiamento, no contexto do programa Horizonte 2020, projectos de inovação na
manufactura. Em conjunto com as novas tecnologias de manufactura, existirão oportunidades
particularmente atraentes para pequenas e médias empresas.
Na secção seguinte analisaremos as oportunidades de inovação tecnológica que formam uma base
importante para futuras oportunidades no mercado e de financiamento Europeu.
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