Como a IA está ajudando a Siemens e a thyssenkrupp a preencher lacunas de qualificação na fabricação
CHEMNITZ, Alemanha – Em um pequeno canto de uma vasta fábrica da thyssenkrupp, localizada nesta cidade industrial, um engenheiro conversava com uma máquina.
“Desde o início, eu só falava com ela em inglês, mas hoje descobri que fala alemão muito bem”, disse Marcus Schoenherr, um dos engenheiros da thyssenkrupp que usou o Siemens Industrial Copilot para programar e testar a máquina. O Industrial Copilot é um assistente conversacional alimentado por IA, desenvolvido por meio de uma colaboração entre a Siemens e a Microsoft. O Azure OpenAI Service da Microsoft potencializa os recursos do assistente.
“Quando começo a conversar com o copiloto, geralmente dou as boas-vindas e me apresento”, disse Schoenherr. “Mas eu me questionei se ele entenderia a palavra típica do norte da Alemanha ‘Moin’, que significa ‘bom dia’, entre outras coisas. E então, de repente, o copiloto respondeu em alemão. Schoenherr passou o resto da sessão interagindo com a máquina usando sua língua nativa.
O projeto na thyssenkrupp faz parte de um esforço para usar o poder da IA para compensar a escassez de trabalhadores qualificados na manufatura na Alemanha, Europa e em muitos outros países, incluindo os Estados Unidos.
Schoenherr se senta em uma mesa em frente à máquina de teste de bateria, envolvida por uma caixa de vidro do tamanho de um micro-ônibus. O dispositivo pisca com luzes vermelhas e verdes que iluminam as células, as quais, por sua vez, passam em uma esteira transportadora com câmeras digitais e sensores que medem e testam cada uma das baterias. Essas células, no futuro, irão compor o pacote de energia de um carro ou caminhão elétrico. Se uma célula estiver com defeito, toda a fonte de energia falhará, custando milhares de euros à montadora.
Schoenherr está trabalhando com o Siemens Industrial Copilot, desenvolvido pelo Azure OpenAI Service com GPT-4, desde julho. O aplicativo foi desenvolvido durante o último ano e meio. Em colaboração com a Siemens, a thyssenkrupp tem trabalhado na adaptação do assistente de IA aos requisitos específicos das suas máquinas. A Siemens agora tem mais de 100 outros clientes avaliando e testando o Industrial Copilot.
O Siemens Industrial Copilot tem duas facetas. Schoenherr se concentrou no uso do copiloto de engenharia, que o ajuda a criar o código de automação que direciona a operação da máquina. O segundo é o copiloto de operações. Ele permite que trabalhadores e engenheiros se comuniquem com a máquina enquanto ela está operando. Se uma etapa do processo não estiver funcionando, o operador pode perguntar ao Siemens Industrial Copilot o que está errado por meio de uma simples pergunta. O copiloto pode, então, dizer como resolver o problema. Eventualmente, o operador poderá falar com a máquina, usando o recurso de reconhecimento de voz.
A Siemens vê o Industrial Copilot como algo que pode ser implementado em diferentes versões para apoiar os trabalhadores em todo o processo industrial, do projeto ao planejamento, da engenharia às operações e serviços; os tomadores de decisão da thyssenkrupp também o veem como um aplicativo versátil que gostariam de aplicar amplamente.
Lidando com a escassez de mão de obra qualificada
Como grandes fabricantes na Europa e em outras regiões, a thyssenkrupp se baseia em enfrentar desafios que inspiram novas formas de pensar.
“Estamos enfrentando uma escassez de trabalhadores qualificados, não apenas na Alemanha, mas na Europa e nos EUA”, diz Marcel Pfeiffer, diretor de soluções de fábrica digital da thyssenkrupp. “Queremos permitir que engenheiros menos experientes sejam capazes de escrever codificação em um curto espaço de tempo e queremos aumentar a eficiência para um nível muito alto.”
A multinacional planeja lançar o Siemens Industrial Copilot em seu processo de desenvolvimento e fabricação padrão globalmente em 2025, diz Pfeiffer.
Nesta unidade, que tem uma área maior que um campo de futebol, engenheiros e trabalhadores constroem sistemas interligados de máquinas para fazer baterias de veículos elétricos. Essas linhas de montagem são destinadas a fabricantes de veículos na Europa e na Ásia. Embora a thyssenkrupp esteja planejando usar o copiloto de engenharia em todo o mundo, ele ainda está na fase de testes do copiloto operacional. Pfeiffer diz que a thyssenkrupp também apresentará o copiloto de operações globalmente, dependendo da demanda de clientes e de outros fatores.
Erik Scepanski, da Siemens, também tinha em mente a escassez de mão de obra qualificada quando ele e outros engenheiros da Siemens começaram a desenvolver o Industrial Copilot em 2022. Scepanski, de 29 anos, é gerente de inovação da Siemens para automação de fábrica. Começou sua carreira como engenheiro elétrico programando máquinas à moda antiga, trabalhando com máquinas complexas na fábrica da Siemens perto de Essen, Alemanha.
Nessa função, Eric frequentemente recorria a um mentor que trabalhava com esses equipamentos há décadas.
“Quando era iniciante, eu não tinha a menor ideia de como programar máquinas”, diz Eric. “Eu sempre voltava para o meu mentor e fazia perguntas, como fazer isso, como fazer aquilo, e ele sempre sabia o que fazer. Mas ele tinha seus próprios projetos, e eu não queria incomodá-lo tanto.”
Erik Scepanski é gerente de inovação da Siemens para automação de fábrica. Foto de Anastasia Pivovarova para a Microsoft.
As gerações anteriores de engenheiros, como o mentor de Scepanski, estão se aproximando da aposentadoria.
“Conversei com muitos clientes durante o último ano e meio, e eles me disseram que o seu maior desafio é não encontrar mão de obra qualificada, especialmente quando se trata de engenheiros de automação”. Scepanski citou um estudo da Korn Ferry que sugere que haverá uma escassez global de até 85 milhões de trabalhadores qualificados até 2030.
Uma maneira de falar com as máquinas
Quando Scepanski e outros engenheiros da Siemens começaram a experimentar os grandes modelos de linguagem da OpenAI, eles viram o potencial de preencher a lacuna de geração, tanto para os engenheiros que programam as máquinas quanto para os operadores que as executam no chão de fábrica. Quando a Microsoft, parceira de longa data da Siemens, integrou a tecnologia e criou o Azure OpenAI Service, Scepanski viu uma oportunidade de combinar a experiência industrial e tecnológica da Siemens com esse novo conjunto de ferramentas.
“Falar com uma máquina e obter feedback de uma forma quase humana é algo que realmente ressoa nas pessoas”, diz Scepanski. “Vemos muito potencial para incluir o conhecimento das pessoas que vão se aposentar, mas também para integrar os colegas que não estão familiarizados com as máquinas e facilitar a compreensão de como resolver problemas.”
Schoenherr, da thyssenkrupp, disse que está entusiasmado com o potencial do Siemens Industrial Copilot, tanto para engenheiros como ele quanto para os operadores das máquinas. O assistente fornece uma base sólida, diz ele; em seguida, cabe aos engenheiros e programadores da thyssenkrupp criar os bancos de dados nos quais o Copilot se baseará para ajudar a programar e executar as solicitações, além de fazer a programação necessária para cada componente em uma linha de montagem.
Em sua versão do Siemens Industrial Copilot, a thyssenkrupp controla seus dados proprietários e todos eles são armazenados em sua nuvem privada no Azure. Os dados específicos de seus produtos não são compartilhados com a Siemens.
“Falar com uma máquina e obter feedback de uma forma quase humana é algo que realmente ressoa com as pessoas”, diz Scepanski. “Vemos muito potencial para incluir o conhecimento das pessoas que vão se aposentar, mas também para integrar os colegas que não estão familiarizados com as máquinas e tornar mais fácil entender como resolver problemas.”
Erik Scepanski é gerente de inovação da Siemens para automação de fábrica. Foto de Anastasia Pivovarova para a Microsoft.
Juntando ideias ‘de forma mais simples’
Schoenherr disse que a tarefa de programar máquinas complexas é demorada. Cada uma delas tem um PLC (sigla em inglês para ‘Programmable Logic Controller’), ou Controlador Lógico Programável, que Schoenherr comparou a um notebook rodando Windows. O PLC conecta e controla todos os dispositivos menores, cada um com sua própria programação, dentro de uma máquina como a que testa as células da bateria EV.
Schoenherr afirma que esta é uma das áreas em que o Copiloto Industrial se mostrou muito útil. Ele cita uma situação com a qual estava lidando, em que uma câmera estava capturando dados sobre cada célula individual de uma inscrição, mas a câmera nem sempre era capaz de ler a inscrição.
“Você tem um certo componente, como a câmera que faz parte da máquina, mas tem seu próprio programa”, diz ele. “Alguém lhe dá o programa para usar a câmera, mas você nunca a usou antes.” A programação da câmera contém a chave para resolver o problema, mas decifrar o código pode ser um teste de paciência.
“Nesta situação, podemos perguntar ao copiloto: ‘Por favor, explique o código-fonte para mim. O que posso fazer? Para que serve a entrada A, para que serve a entrada B? O copiloto ajuda a juntar as coisas de forma mais simples.”
Scepanski diz que está contando com a ajuda de clientes como Schoenherr da thyssenkrupp para melhorar o Siemens Industrial Copilot, e que alguns deles estão encontrando casos de uso que nem o seu time de engenheiros imaginava.
“Um cliente pegou o código existente, o código antigo que estava usando, e disse: ‘OK, não sei o que o código está fazendo, não conheço a linguagem’. Eles colaram no copiloto, que traduziu em um novo código e explicou o que o código está fazendo”, disse Scepanski. “E isso não foi algo que implementamos como um recurso, mas vem com os fortes modelos de IA generativa que a Microsoft está oferecendo.”
Scepanski disse que a Siemens prevê lançar versões do Industrial Copilot em diversos campos.
“Veremos copilotos ao longo de toda a cadeia de valor para diferentes indústrias”, afirma Scepanski. Como exemplos, ele mencionou setores como infraestrutura, transporte e saúde. “Eles têm exatamente o mesmo problema, que é o de falta de mão de obra qualificada.”
Uma visão mais ampla da IA generativa
Marcel Pfeiffer, da thyssenkrupp, diz que a colaboração com a Siemens e a Microsoft tem sido frutífera.
“Acho que a Siemens estava procurando dois aspectos principais: um caso de uso real com um cliente por trás dele e alguém que desafia o estado de desenvolvimento da ferramenta na prática”, disse ele. “Juntos, podemos ultrapassar os limites da ferramenta para melhorá-la ao longo do tempo.”
Ele complementa que vê este projeto o primeiro passo para um uso mais amplo do Industrial Copilot na thyssenkrupp e o início de uma revolução na forma como os processos de fabricação são concebidos e executados.
“Planejamos usar os copilotos a partir do início do próximo ano em nossos projetos em série em todo o mundo”, disse Pfeiffer.
Segundo Pfeiffer, há 50 anos, as pessoas consideravam uma máquina uma unidade funcional separada. Hoje, ela é vista como uma parte de um todo maior – conectada à nuvem e a outros dispositivos.
“No futuro, veremos o maquinário como uma construção de mudança permanente, porque a tecnologia é mais rápida do que o mercado de maquinários”, disse ele. “O Copiloto Industrial, especialmente para engenharia, ajudará a acompanhar o ritmo desse jogo. Em geral, estou convencido de que os copilotos de IA se tornarão um divisor de águas para toda a indústria.”