Plano de Ensino e Difusão do Conhecimento em Inteligência Artificial para a Indústria 4.0

O Plano de Ensino e Difusão do Conhecimento da Plataforma IAsmin, visa trabalhar em quatro “verticais” principais, a fim de:

1. criar uma infraestrutura de apoio sustentável e coerente para o desenvolvimento de todas as atividades, incluindo sua divulgação e a transparência das ações;
2. formação de uma mentalidade técnica em toda a Sociedade, desde o ensino básico até a pós-formação, alcançando tanto as pessoas que têm acesso a uma formação regular quanto aquelas que não têm tempo ou disponibilidade suficientes para participar de cursos formais;
3. formação acadêmica, na qual entendemos que é possível disseminar esse conhecimento a partir de diferentes cursos: stricto e lato sensu, técnico e profissionalizante, customizados para um determinado assunto, tanto implementados “na empresa” quanto ministrados “em universidades”, entre outros; e
4. implementação da pesquisa aplicada em instalações reais, a fim não só de demonstrar, mas permitir a melhoria, em tempo real, de resultados e instalações (plantas) que implementem os conceitos da Indústria 4.0. A abordagem pictorial deste plano pode ser vista na Figura 1, abaixo.

Fig. 1 – Estruturação do Plano de Ensino e de Difusão do Conhecimento

As ações aqui propostas trazem visibilidade e transparência aos resultados da pesquisa, bem como ao conhecimento gerado e aos produtos desenvolvidos, tanto por meio da criação de canais de comunicação com a sociedade, com as ICTs e com as empresas envolvidas, atuando como referência e apoio a todos aqueles que desejam ter acesso ao conhecimento, mantendo sempre os “níveis de acesso” e confidencialidade de cada informação nele contida.

A Coordenação Acadêmica é de responsabilidade do Prof. Dr. Lester de Abreu Faria, do Centro Universitário Facens. No entanto, todos os membros da equipe serão capazes e incentivados a apoiar, propor e implementar planos, pesquisas e ações.

De uma maneira geral, sabe-se que a participação da indústria de transformação, que já alcançou um percentual acima de 20% em meados da década de 1980, agora se mostra reduzida a apenas cerca de 11% do PIB. O índice de produtividade da indústria brasileira caiu da 5ª posição, em 2010, para 29ª em 2016. Dessa forma, a implementação, e pesquisas, de ferramentas e métodos disruptivos se mostram como um excelente caminho na recuperação e aprimoramento desses índices, sendo a 4ª Revolução industrial, um meio e uma oportunidade eficazes para essa ação.

A Inteligência Artificial (IA) é uma área muito ampla da Ciência da Computação, com diversas aplicações. Avanços recentes no campo da lógica Fuzzy e dos conjuntos Fuzzy mostraram como as aplicações em tempo real no campo da engenharia, especialmente em controle e automação, podem tirar proveito da IA de uma maneira mais realista e prática. Quando se trata de controle e automação, estamos abrangendo sistemas de monitoramento e controle em tempo real, robótica e de máquinas e equipamentos. Por outro lado, no Machine Learning, um sistema de aprendizado supervisionado usa informações passadas para criar uma inteligência preditiva capaz de prever, com certa precisão, como será um comportamento futuro. De uma maneira geral, todos os conceitos e algoritmos de Inteligência Artificial promovem uma maior velocidade de implementação e um melhor desempenho, graças a linguagens de programação escaláveis. Nesse cenário, mostra-se como uma excelente ferramenta para melhorar o desempenho e promover a Indústria 4.0, a qual é o principal objetivo deste projeto, como um todo.

Nesse contexto, as tecnologias facilitadoras são fundamentais, sendo extremamente importante que este projeto: i. traga uma fonte de interação contínua para o intercâmbio, difusão e evolução de conhecimento entre instituições de ensino, empresas e governo, cobrindo todo o ecossistema; e ii. penetre na cadeia produtiva, trazendo ainda mais as pequenas e médias empresas para um cenário de acesso ao conhecimento colaborativo, resultando em maior produtividade de todas. A colaboração é um elemento-chave na redução de custos e no aumento de benefícios coletivos, sendo este Plano a ferramenta certa para promovê-lo.

Para entender como este Plano está estruturado, as verticais anteriores são detalhadas abaixo.

I. Criar uma infraestrutura de suporte sustentável para todas as atividades

O primeiro passo para a implementação dessa vertical é a criação e o desenvolvimento de uma plataforma digital que integre todos os outros utilitários. Será utilizada para disseminar, gerenciar e monitorar todas as iniciativas do Centro de IA, tanto em termos de projetos de cada área específica quanto como fonte de dados e informações. Todas as pessoas envolvidas poderão acessar as áreas específicas por meio da plataforma, incluindo FAPESP, MCTIC, ICTs, gerentes, empresas, estudantes e o Governo Federal. Dados técnicos dos projetos (KPI's, produtividade, qualidade etc.), pessoal (empregabilidade, número de pessoas qualificadas e treinadas) e outras informações estarão nela disponíveis. Nesse sentido, a área de ensino do IPT já possui uma plataforma de controle acadêmico digital, como a aqui proposta, a qual pode ser ainda mais adaptada e aprimorada. O Sistema Integrado de Apoio ao Ensino (Sapiens) pode ser rapidamente adaptado para o controle acadêmico dos cursos oferecidos pelo Centro. É uma plataforma completa que fornece informações a alunos e professores, desde o processo de seleção até a conclusão dos cursos. Ele também faz o controle da parte financeira relacionada ao pagamento de matrículas, mensalidades e professores.

Além disso, está em nossos planos a criação de uma revista eletrônica para visualização de resultados e divulgação de eventos e conteúdos. Pode ser utilizada a Revista do IPT, que visa a disseminar informações e conhecimentos técnicos. Incluirá relatórios de projetos ou serviços (respeitando as condições de confidencialidade); resultados de projetos de pesquisa financiados; e quaisquer outros desenvolvimentos em tecnologias ou serviços.

Para seguir um plano cada vez mais objetivo e eficiente, é importante se definirem trilhas de conhecimento. Estas referem-se a uma maneira de organizar os programas de treinamento que integram o desenvolvimento técnico, administrativo e comportamental. Elas serão executadas em um ambiente virtual, no qual o usuário poderá navegar em seu perfil, escolhendo as atividades que irão compor sua trilha de conhecimento e autogerenciando essa trilha. O usuário poderá percorrer “caminhos” diferentes nesse ambiente. A trilha incluirá diversos tipos de ações (vídeos, indicações de treinamento; indicações de leitura de livros e artigos; indicação de participação em congressos; cursos presenciais; palestras on-line; entre outros), sempre visando ao desenvolvimento do demandante e sua capacidade para gerar mais inovação.

O desenvolvimento de ferramentas de uso remoto inclui jogos educativos, simuladores virtuais e aplicativos utilizando visão computacional, realidade virtual e aumentada, a fim de colocar todos os profissionais, novas pesquisas e toda a sociedade em contato com esse tema, divulgando os conceitos e permitindo a formação de mentalidades em todos os níveis da sociedade e pesquisadores. O Centro Universitário Facens possui um Centro de Inovação em Gamification que realiza esse tipo de atividades há muito tempo, podendo prover material e conteúdo específicos para tal.

Em geral, é importante se alcançar uma estrutura que abranja todos os níveis de conhecimento, para todas as idades e toda a sociedade, de forma a ser capaz de promover uma aprendizagem em todo o decorrer da vida, em todos os aspectos (lifelong learning).

II. Formação de mentalidade técnica

Neste ponto do Plano pretendemos promover atividades que atinjam a todas as idades, níveis acadêmicos e toda a sociedade com os conceitos de Indústria 4.0, preparando as pessoas para essa grande “revolução”.

Nesse sentido, o desenvolvimento de webinares é uma ferramenta muito simples e barata para massificar conceitos, possibilitando acesso a toda a sociedade. O uso de ferramentas da Internet já é conhecido e os professores, em cada área, já estão disponíveis. Uma trilha de conhecimento será preparada e disponibilizada para quem quiser segui-la.

Abrangendo-se toda a sociedade, espera-se que haja uma trilha de conhecimento, desde a educação infantil até a educação universitária (Flor, 2020), incluindo cursos e atividades relacionados a cada idade e nível de escolaridade. Na Educação Infantil, de 0 a 5 anos, a criança busca “viver, participar, explorar e conhecer”. São atividades lúdicas nas quais a criança pode ter contato com tecnologias físicas e aplicativos para celular. Um exemplo é o uso do kit Lego Mindstorms para que a criança possa provar a ciência e ter os primeiros contatos com robótica, sistemas de controle, esteiras, etc. Já de 6 a 14 anos, o aluno deve ser exposto às unidades temáticas, de forma a estabelecer objetivos de conhecimentos e o desenvolvimento de habilidades. O movimento denominado STEM preocupa-se em incentivar as crianças, já em tenra idade, a desenvolver a paixão e o sonho de ter uma carreira nas áreas de ciência, tecnologia, engenharia e matemática (DeJarnette, 2012). Novamente, é interessante o uso do Lego Mindstorms, mas agora visando à construção de dispositivos e à programação de atuadores. Pensando-se no ensino médio, com jovens de 15 a 17 anos, este visa a proporcionar uma preparação básica para o trabalho e para a cidadania. Os estudantes e professores devem visar a problemas complexos e raciocínio lógico. Com os alunos dessas séries, atividades práticas em laboratórios profissionais são desejáveis, bem como o desenvolvimento de protótipos com Arduino e Intel Galileo, além de aplicações mais sofisticadas, incluindo visão computacional, usando as placas Qualcomm - Dragonboard e Dragonfly (WEForum, 2016).

Considerando as feiras de carreira, pretendemos trabalhar, cada vez mais, em parceria, com foco na divulgação e promoção desse tipo de atividade, tendo como modelo-base o “Uniexpo”. Na Organização de eventos (simpósios, workshops, etc.), pretende-se implementar um Simpósio Internacional sobre IA (Indústria 4.0), bem como projetos desenvolvidos com os parceiros. Ainda, a cada ano, o Centro de IA irá lançar desafios de inteligência artificial, para que estudantes e startups possam desenvolver um projeto na área. Os desafios virão de casos de aplicabilidade real apresentados pelas empresas parceiras. Haverá suporte às equipes para a idealização e realização do projeto, com acesso a mentores acadêmicos e empresariais, formação empreendedora, etc. Os melhores projetos serão premiados em solenidade anual, com a participação da alta gestão das empresas participantes e os pesquisadores mais renomados da área. Uma ampla divulgação será dada pelas mídias sociais, buscando popularizar o tópico e principalmente popularizá-lo no coração da sociedade.

III. Formação acadêmica

Ao considerarmos fortemente o ensino a distância (EAD), vemos ser possível adaptar uma série de cursos atualmente existentes a fim de serem compartilhados por meio de ferramentas de internet. Em particular, o Centro Universitário FACENS já possui várias experiências de sucesso e está disponibilizando sua equipe de geração de conteúdo e gamificação para implementar e adaptar outros cursos. Como exemplos, podemos citar o “MBA em gestão e inovação em cidades inteligentes” e de “Especialização em segurança cibernética”. Além disso, entende-se que todos os drivers citados por Schwab (2017) podem ser ensinados, parte à distância e com uma parte muito pequena presencial.

Além disso, cursos personalizados podem ser desenvolvidos e oferecidos “in company” ou “na Universidade”, com o atendimento de demandas específicas das empresas. Estes serão capazes de desenvolver soluções educacionais específicas para o desenvolvimento profissional de acordo com as estratégias dos clientes, abordando temas bem definidos e pontuais em uma determinada área do conhecimento e devendo estar ligados a questões tecnológicas de interesse. Assim atenderão às empresas envolvidas no Projeto, preenchendo lacunas de conhecimento já existentes e preparando os diferentes níveis de funcionários e/ou níveis de decisão.

Considerando-se os cursos acadêmicos, em MBA (latu sensu), extensão e strictu sensu, entendemos que uma maior visibilidade deve ser proporcionada. Atualmente, os cursos de especialização e aperfeiçoamento lato sensu já oferecidos pelo IPT têm como objetivos gerais melhorar e qualificar profissionais em áreas específicas, contribuindo para o desenvolvimento profissional e pessoal dos alunos. O IPT já oferece 9 cursos de especialização, enquanto no Centro Universitário FACENS existem tantos outros, como Especialização em manufatura avançada e indústria 4.0, Especialização em engenharia de controle e automação industrial, Especialização em ciência de dados com certificação internacional em big data, etc. A UTFPR também desenvolveu um curso de Especialização (360 horas) na Indústria 4.0 In Company na Klabin.

No que diz respeito aos cursos de extensão (curta duração), estes abordam tópicos específicos em uma determinada área do conhecimento, privilegiando a aplicação prática e possibilitando o desenvolvimento de habilidades técnicas e científicas aos participantes. O IPT já oferece, anualmente, 20 cursos diferentes, destacando-se: Ciência de Dados, Deep-learning e Tecnologias Aplicadas à Pesquisa Operacional.

Para os cursos stricto sensu, estes devem ser fortalecidos com o objetivo de formar profissionais para: desenvolvimento e aplicação de metodologias, técnicas e processos; capacitação de professores e pesquisadores em nível de mestrado e doutorado, visando à geração e disseminação de conhecimentos vinculados a complexos científico-tecnológicos, enfatizando sua interação com a realidade econômica e socioambiental brasileira; fomentar a pesquisa e a inovação tecnológica; e contribuir para aumentar a competitividade e aumentar a produtividade em empresas, organizações públicas e privadas. A UTFPR e o IPT já oferecem programas de mestrado em Ciência da Computação, Engenharia Elétrica, Engenharia Mecânica, Engenharia Química e Engenharia de Produção. Em particular, o Mestrado Profissional é uma modalidade de pós-graduação estruturada para formar mestres capazes de planejar e desenvolver projetos inovadores e de base tecnológica, visando à solução prática de problemas nas empresas, o que entendemos ser muito valioso.

Para os cursos técnicos, pretende-se estudar e propor linhas de desenvolvimento tecnológico, bem como orientar as necessidades de formação de competências e habilidades de acordo com o Fórum Econômico Mundial e os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável da ONU (ODS). É possível propor a criação de uma série de cursos técnicos profissionais focados na 4ª Revolução Industrial, como: Técnico em Programação de Robôs Industriais, Técnico em Manutenção de Robôs Industriais, Técnico em Implementação de Sistemas Supervisórios, Técnico em Infraestrutura de Redes Industriais, Técnico em Instalação de Sensores, Técnico em Operação de Sistemas Inteligentes e Técnico em Implementação de Sistemas de Inteligência Artificial.

Por fim, quanto ao ensino profissionalizante, este trata-se de uma modalidade predominante ministrada no SEBRAE, SENAI e SESI. Nesse cenário, a proposta de cursos é mais do que necessária para permitir que as pessoas usem novas tecnologias, com uso intensivo e imersivo em estruturas educacionais e/ou profissionais de laboratório, para que, ao final de cada etapa, a pessoa seja capaz de empregar esforços diretamente em ambientes de trabalho, principalmente indústrias (CANALI, 2009).

IV. Implementação da pesquisa aplicada em uma instalação real

O primeiro passo para esse tipo de implementação é o desenvolvimento de projetos e testbeds "in company". Esses protótipos serão desenvolvidos por meio de casos reais "hands on" com equipes multidisciplinares de professores e alunos envolvidos. Os resultados obtidos em 82 projetos na UTFPR-PG mostraram que, em todos os casos, os resultados foram superiores ao esperado pelas empresas participantes dos testbeds. Além disso, um caso típico é o projeto SAMBA, interação de baixo custo entre Centro Universitário FACENS/Empresa/Fraunhofen. Neste caso, a empresa lista um ponto de aplicação e desenvolve conjuntamente a análise e o treinamento de funcionários, com uma visão crítica para expansão em outras áreas da empresa.

Complementando os projetos e testbeds na empresa, é necessário se desenvolver e implementar demonstradores de conceito nas ICTs, a fim de multiplicar e demonstrar o conhecimento, bem como ter um caminho livre para ressaltar, na prática, o diferencial proporcionado pelo uso da Indústria 4.0 para estudantes, pesquisadores e funcionários. Além disso, será uma planta típica para implementar modificações e modernizar a estrutura, a fim de possibilitar a evolução da mesma, melhorando o seu desempenho, antes de levá-la a fábricas reais da indústria.

Dessa forma, após explorar cada uma das quatro “verticais”, em detalhes, é possível concluir que um amplo espectro de possibilidades está sendo proposto para o compartilhamento de conhecimentos, com diferentes níveis de profundidade, dependendo do grau de confidencialidade do tópico. Mas, no final das contas, o que propomos aqui é uma ampla divulgação dos conceitos, permitindo que toda a sociedade tenha acesso aos mesmos, popularizando a Indústria 4.0, a fim de torná-la simples e abrangente para todos os cidadãos.