Fraunhofer Indústria 4.0 Tendências

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Ronald M. Dauscha
Head - Fraunhofer Liaison Office Brazil
23.10.2018
Tendências em Pesquisa de
Tecnologias e Sistemas para a
Indústria 4.0
ProIndústria 2018

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 Sociedade Fraunhofer
 Indústria 4.0: Conceitos
 Aplicações
 Indústria 4.0 e o Brasil
 RH 4.0
 Mensagem Final
Agenda

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A Fraunhofer-Gesellschaft
A Fraunhofer-Gesellschaft realiza pesquisa aplicada de utilidade direta
para empresas públicas e privadas e de benefício amplo para a
sociedade.
25,000
colaboradores
72 institutos e unidades de pesquisa
Mais de 70% é derivado
de contratos com a
indústria e de projetos de
pesquisa financiados
com chamadas públicas.
Quase 30% é contribuído
pelos governos federal e
estadual da Alemanha.
Financevolume
€2.1 billion
2016
ContractResearch
€1.9
billion
Grandes despesas de
capital de infra-estrutura e
pesquisa de defesa

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Microelectronics EMFT, ENAS, FHR, HHI, IAF, IIS, IISB, IMS, IPMS, ISIT, IZM
Associated members : AISEC, ESK, FOKUS, IDMT, IKTS,
IMWS, IZFP
Fraunhofer Groups
ICT AISEC, ESK, FIT, FKIE, FOKUS, IAIS, IAO, IDMT, IESE, IGD,
IOSB, ISST, ITWM, IVI, MEVIS, SCAI, SIT
Associated members: HHI, IIS
Life Sciences EMB, IBMT, IGB, IME, ITEM, IVV, IZI
Light & Surfaces FEP, ILT, IOF, IPM, IST, IWS
Production IEM, IFF, IML, IPA, IPK, IPT, IWU, UMSICHT
Materials and Components –
MATERIALS
EMI, IAP, IBP, ICT, IFAM, IKTS, IMWS, ISC, ISE, ISI, IWES,
IWM, IZFP, LBF, WKI
Associated members: IGB, ITWM
Institutes outside groups: IMW, IRB
Defense and Security VVS EMI, FHR, FKIE, IAF, ICT, INT, IOSB
Associated members: HHI, IIS, ISI

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Manaus (Suframa) - Hernan Valenzuela
Representante Senior na América do Sul -
Fraunhofer ENAS
Salvador (UFBA) – Manuel Mendonça
Centro de Projetos Fraunhofer de Software e
Engenharia de Sistemas na UFBA
Brasília - Markus Will
Escritório de Projetos do Fraunhofer
IPK no Brasil
Campinas - Alexandre Martins Moreira
Centro de Projetos Fraunhofer para Inovação em
Alimentos e Recursos Renováveis no ITAL
São Paulo – Ronald Dauscha / Raquel
Nascimento
Fraunhofer Liaison Office Brazil
São José dos Campos - David Domingos /
Anderson Borille
Centro de Projetos Fraunhofer para Manufatura
Avançada no ITA
Fraunhofer no Brasil
Representações

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Fraunhofer Project Center for Innovation in Advanced
Manufacturing at ITA (Technological Institute of
Aeronautics)
 Support the scientific, technological and economic development in Brazil
 Support the Brazilian industry with applied research and innovation projects
 Acquiring and execute joint RD&I projects with industry in Brazil, in cooperation
with ITA and the SENAI Innovation Institutes in Santa Catarina
 Focus on Advanced Manufacturing or Industrie 4.0 solutions
Strategic Objectives
 Duration of the Fraunhofer Project Center: 3 years
 Financing in Germany: Fraunhofer Headquarters and Fraunhofer IPK (€ 1 million) - Staff costs, travel costs and marketing
costs
 Financing in Brazil: ITA (approx. € 1 million) - Staff costs, infrastructure and equipment
 Technological Institute of Aeronautics – ITA
 Fraunhofer IPK
Partners
Project framework

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 EMBRAPII – Empresa Brasileira de
Pesquisa e Inovação industrial
 Cooperação Tecnológica e Cientifica
 SENAI-CNI- Laboratórios de
Inovação
 Estabelecimento e estruturação de
laboratórios de inovação
 Elaboração de planos de gestão e
negócios
 Consultoria
 FAPESP – Fundação de Amparo à
Pesquisa de São Paulo
 Cooperação Tecnológica e
Cientifica
 MCTIC-CNPq
 Mediação para:
- “Ciências sem fronteiras”,
doutorado e pós doutorado
Fraunhofer Liaison Office Brazil
Cooperações Estratégicas

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Desmitificando a Sigla “4.0” na Era da Revolução Digital
t
GraudeComplexidade
1ª Revolução Industrial
Introdução de estabelecimentos com
produção mecânica movida a água e vapor
Final do
Século XVIII
Primeiro tear
mecânico
1784
Introdução da produção em massa baseada
na divisão de trabalho e uso da energia
elétrica
Início do
Século XX
Introdução da eletrônica, da T.I. e da
robótica para maior automatização da
produção
Várias Definições!
Início da
Década de 70
Hoje
Indústria 1.0
Indústria 2.0
Indústria 3.0
Indústria 4.0
Fonte: Adaptado de uberb2b.com
Programação: do robô para a peça!

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O QUE É 4.0 ?
 Definições reducionistas:
 A. Inversa (a partir dos “Benefícios”)
 B. “Cesta de Componentes”
 C. Integração do Chão de Fábrica (horizontal)
 D. Integração Cyber-Física (vertical)
 E. IoT (ou IIoT) – embora seja “a Tecnologia”
Foto: Fraunhofer IGD

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A partir dos Benefícios
 Atendimento de requisitos de consumidores individuais – da matéria prima ao cliente
 Marketing Digital
 Flexibilidade – configuração dinâmica dos
processos de negócio
 Otimização das tomadas de decisão
(cada vez mais autônomas)
 Transparência de toda a cadeia em tempo real
 Recursos produtivos e eficientes – otimização contínua
 Oportunidades para novos serviços – Big Data, algoritmos inteligentes
 Indústrias com altos salários e ainda competitivas
 Novos negócios e serviços em constante geração criativa
 Garantia do futuro da indústria brasileira
 Rastreabilidade e Economia Circular
Foto: Fraunhofer IFF

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Cesta de Componentes

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Integração Horizontal (Chão de Fábrica)
 Fábricas inteligentes
 Produtos inteligentes com identificação
única e localizado a qualquer momento
 Customização em massa
 Empregados focados em atividades
criativas e de valor adicionado
 Expansão da infraestrutura de rede

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Integração Vertical (Cyber-Física)
 Integração digital dos atuadores e sinais dos sensores diversos níveis
15

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Arquitetura IIoT
The Network
Mobile Networks Internet
Sensors, Devices
and Equipment
Application
Development
Collect, Process &
Manage Communications
DEVICE CLOUD
APPLICATION ENABLEMENT and ANALYTICS
EDGE SOFTWARE
DEVICE MANAGEMENT
Applications &
Experiences

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IoT Acelerara a Evolução

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O QUE É 4.0 ?
 Definições reducionistas:
 A. Inversa (a partir dos “Benefícios”)
 B. “Cesta de Componentes”
 C. Integração do Chão de Fábrica (horizontal)
 D. Integração Cyber-Física (vertical)
 E. IoT (ou IIoT) – embora seja “a Tecnologia”
Todas corretas, mas não é só isto!!!
Foto: Fraunhofer IGD

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FASE I (atual) – De uma Arquitetura Tradicional
TI para Manufatura:
 MES (Manufacturing Execution
Systems)
 Lean Execution (OEE e Kanban
Eletrônico)
 WMS (Warehouse Management
Systems)
 APS (Advanced Planning &
Scheduling Systems)
 IIoT (Industrial Internet of Things)
Automação Industrial:
 Automação de Processos e Utilidades
 Automação e Segurança de Máquinas
Nível 4
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Planejamento de
Negócios & Logística
Plano de Produção,
Gerenciamento Operacional, etc
Gerenciamento de
Operações de Manufatura
Programa detalhado da produção,
Rastreabilidade, Performance...
Controle
Discreto
Controle
Contínuo
Controle
Batelada 1 - Sensoreamento do processo de produção,
manipulação do processo de produção
2 - Monitoração, Controle Supervisório e controle
automático do processo de produção
Escala de Tempo
Horas, minutos, segundos, microsegundos
3 - Controle do fluxo de trabalho e de receitas,
para produzir os produtos finais desejados.
Manter registros e otimizar o processo de
produção.
Escala de Tempo
Turnos, horas, minutos, segundos
4 - Estabelecer o planejamento básico de
produção da planta, uso de materiais, entrega
e logística. Determinar níveis de estoques.
Escala de Tempo
Meses, semanas, dias, turnos
ERP,
EAM, PLM...
MES,
Batch, LIMS, SPC...
PLC, SCADA, Historian...
Sensors
Fonte: ANSI/ISA–95

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Externo
Nível 4
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Controle
Discreto
Controle
Contínuo
Controle
Batelada
ERP,
EAM, PLM...
MES,
Batch, LIMS, SPC...
PLC, SCADA, Historian...
Sensors
Edge
IoT
Gateway
Gateway
Functionalities
Industrial
Connectivity
Suppliers, Fleet, Web...
Cloud
Mashup User Interface
Machine to Machine
Workflow
Applications
Analytics (ML)
Descriptive
Predictive
Prescriptive
Industrial Big Data
Digital Platform
FASE II – Por uma Arquitetura Híbrida: Tradicional + IIoT

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(Plug-and-Play nas pontas e Aplicativos na Nuvem
fazem TODAS as funções!)
All Machines and Elements of an Organization are connected ...and their Value Chain Applications
control all group of “Activities”

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MAN ROBOT COOPERATIPON
Aplications at IWU

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4
MRK am Fraunhofer IWU
MRK-Level 4 – Hybride Regelung & Hand-Guiding

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CIDADE 4.0 / SMART GRID

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PROCESSO DIGITAIS E OTIMIZADOS
MATEMÁTICA INDUSTRIAL

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 Maximizar:
• o preenchimento de uma bobina com fitas a serem cortadas dela,
 tendo em vista um custo
 sujeito a:
• o preenchimento respeitar o tamanho de uma bobina
• o preenchimento respeitar o tamanho de cada sub-bobina
• um limite de facas para cortar sub-bobinas
• um limite de facas para cortar fitas
• um limite de demanda de fitas
• condições matemáticas para existência de um esquema de corte
ESCOPO

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 Maximizar:
 sujeito a:
ESCOPO
1 1
( ) ( )
   
  
           
   
q q
i ik k k i ik k k
k V i N k V i N
u a c y u a c y

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A prática
Com heurística
matemática
Com Otimização
Matemática
Perdas
Observação
RESULTADO

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LOGÍSTICA INTELIGENTE
PREVISTA X OTIMIZADA
Verde – rota prevista
Azul – rota otimizada

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 Sociedade Fraunhofer
 Indústria 4.0: Conceitos
 Aplicações
 Indústria 4.0 e o Brasil
 Perspectivas
 Desafios
Agenda

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O que fazer para desenvolver a INDÚSTRIA 4.0 no Brasil?

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 União entre todos os atores de governo e instituições que lidam com o tema

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 Diagnóstico e Processos

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Grau de Maturidade 4.0 de Empresas
RUMO 4.0 (CLAEQ)
INDUSTRY 4.0 MATURITY INDEX (ACATECH study)
1.6% das empresas brasileiras estão no nível 3 ou mais!

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PROCESSOS OTIMIZADOS: uma PREMISSA...
Não se deve iniciar a automatização, a conectividade, a digitalização e a
Transformação em 4.0 de uma empresa, sem ter os processos otimizados!

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 Capacitação em Gestão e Processos (não adianta tornar um processo ruim 4.0)

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 Aplicação em toda a cadeia produtiva (fornecedores, logística etc.)

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 Fomentos direcionados para segmentos chave / bloqueantes e mais PIB

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 Apoio para criação de tecnologias e soluções => Pesquisa e Desenvolvimento

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Business and Non-Business R&D as a % of regional
GDP

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 Apoio para criação de tecnologias e soluções locais => P&D e SUs

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 Criação de Novos Modelos de Negócio

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Start-Ups já nascem Inovando
"Startups são iniciativas que optam por buscar novos modelos
de negócio, representam a velocidade de mudança dos novos
tempos e influenciam na construção de novos conhecimentos e
até mesmo revolucionam mercados.”
Marcelo Pimenta - ESPM

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O Desemprego se duplicou por causa da crise
 Quelle: Bradesco
 Slide: GtaI
 Desemprego (em %)
8,6
8,3
7,6 7,3
7,2 6,7
8,4
11,5
13,4 13,5
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0

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Desafio: Novo Papel do Recurso Humano
 Menos colaboradores em áreas fabris diretas (automação, inteligência artificial etc.)
 Mais colaboradores em áreas indiretas de planejamento, design, interpretação (simulação,
emulação)
 Não se “estuda mais para trabalhar”, mas se “trabalha estudando”
 O objeto de conhecimento não mais pesará, mas a capacidade de obtenção e cooperação
 Capacitação bem diferente necessária de executivos e gestores
 Formação de “CdO” (Cabeça de Operações) com novos métodos e tecnologias
 Transferência para atividades de manutenção e serviços (realidade aumentada)
 Basic Income (alguns países)
Trabalho
Físico
today
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
20 21 22 23 24 25 26
27 28 29 30 31
Trabalho Intelectual

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Singularity University / Summit 2017 (San Francisco)
Foram 1.600 participantes do mundo inteiro...
70% são estrangeiros...
A maior delegação foi do Brasil!
“Creating abundance is not about creating a life of luxury for everybody
on this planet; it’s about creating a life of possibility.”
Peter Diamandis - Co-founder, Singularity University

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1. São 1.600 participantes do mundo inteiro. 70% são estrangeiros. A maior delegação é do Brasil.
2. Em 2030, mil dólares vão comprar poder computacional equivalente ao cérebro humano. Em 2050, mil
dólares vão comprar poder computacional equivalente a todos os cérebros humanos juntos.
3. Em 2010 1.8 Bilhões de pessoas estavam conectadas à internet. Em 2017 são 3 Bi. Entre 2022 e
2025 será o mundo inteiro. Com mais conexões, mais oportunidades, mais gênios.
4. As próximas duas décadas serão diferentes de qualquer coisa que vivemos nos últimos cem anos.
5. Podemos prever empregos que serão absorvidos pela tecnologia. Mas não podemos prever
quais empregos vão surgir a partir da tecnologia. A dificuldade é a velocidade com que isso está
acontecendo.
6. 130 milhões de pessoas no mundo estão satisfeitas com o seu trabalho. Parece muito, mas em termos
mundiais é nada.
7. Veículos elétricos tem 90% menos moving parts do que veículos tradicionais.
8. Na China todos os taxis serão elétricos até 2020.
9. O custo de um carro elétrico vai reduzir drasticamente nos próximos 5 anos. Razões: demanda e
abundância.
10. Esqueçam os wearables. Estamos entrando na era dos insideables.

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1. Human life is a software engineering problem.
2. As ferramentas do nosso tempo: big data e machine learning.
3. 3 bilhões de pessoas vivem com menos de 2,5 dólares. 80% da humanidade vive com menos de 10
dólares por dia.
4. 90% das enfermeiras que usam Watson da IBM seguem as recomendações do Watson.
5. Automação e inteligência artificial criarão empregos. Posso tornar qualquer coisa inteligente
usando inteligência artificial e ganhar dinheiro com isso. Estados Unidos é o país mais automatizado do
mundo e não perdeu emprego com isso.
6. No futuro teremos muito mais máquinas do que humanos.
7. Ensinamos da mesma forma há cem anos. Sistema educacional é resistente a uma mudança
disruptiva. Que tal just in time education?
8. Nossas premissas sobre o mundo podem limitar nosso pensamento. E isso faz toda a diferença.
9. Organizações não mudam até que todas as pessoas mudem.
10. Líderes exponenciais não tentam mudar o mundo. Eles tentam mudar a si mesmo.

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1. Em 2020, 85% das interações com clientes será através de máquinas. E essa será uma das
formas de se diferenciar dos concorrentes.
2. 75% dos millennials consideram a comunicação através de mensagens de texto uma opção de
relacionamento com o cliente e tem duas vezes mais chance de se manter fiéis à empresas que
oferecerem essa forma de comunicação com eles.
3. 30% dos millennials não possuem o ícone do telefone na tela principal dos seus smartphones.
4. Empresas hoje já produzem carne de frango e gado sem matar nenhum animal. A partir da célula
animal.
5. 20% de todas as buscas em dispositivos móveis já são feitas por voz.
6. Veículos e objetos autônomos vão mudar as cidades profundamente.
7. Criatividade, empatia e coragem são as habilidades do futuro.
8. As instituições de ensino que existem hoje, em sua maioria, foram criadas com pressupostos de 60
anos atrás. O ensino médio é a chave para mudar todo o sistema educacional.
9. O principal problema da educação é cultural. Há cem anos é igual. Muitos falam de customizar ensino
para crianças, mas a chave é customizar ensino também para os professores. Um a um. Até a mudança
ocorrer.
10. O futuro da educação é learning by doing.

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11. Vamos mudar a lógica de "vender carros" para "vender serviços de mobilidade".
12. O mundo hoje está fazendo a transição da era industrial para a digital da mesma forma que anos
atrás fazia da era agrícola para a industrial. Mas MUITO mais rápido.
13. Existem 2.6 bilhões de smartphones no mundo. E 9 vezes mais dados somente nos últimos DOIS
anos.
14. As pessoas vão aprender dentro de uma lógica de "nano-learning", e não de um longo
investimento em educação para usar somente um percentual mínimo daquilo que se aprende.
Todos terão um portfólio de trabalho, que será nano-desenvolvido.
15. Os maiores problemas do mundo são também as maiores oportunidades de negócio.
16. Robôs serão considerados uma opção de força de trabalho. Assim como hoje consideramos
funcionários, terceiros, freelances e a crowd. Simples assim.
17. Ser exponencial é atualizar e se atualizar de tudo constantemente.
18. O Vale do Silício tem uma palavra para descrever fracasso. Se chama experiência.
19. Hoje existe abundância de capital, conhecimento, habilidades e tecnologia. Não há desculpa para
não fazer as coisas. Não há limites. A única limitação é a nossa convicção e comprometimento de
simplesmente ir e fazer.
20. Em poucos anos todos trabalharão para aprender, ao invés de aprender para trabalhar.
v

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A geração daqui a 5 anos, só irá em lojas físicas, quando esta
experiência não for coberta por:
• Internet
• Atendimento Virtual
• Inteligência Artificial
• Visualização 3D
• Simulação
• Impressão Aditiva
• Robôs (físicos e/ou virtuais)
• Logística Ágil (entrega em casa)
• Bitcoin

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Com o que as pessoas precisarão lidar?
 Manufatura Aditiva (impressão 3D, manufatura híbrida, etc.);
 Sistemas ciber-físicos (TIC, sistemas mecatrônicos);
 Redes de Comunicações e segurança cibernética;
 Sensores e Rastreadores;
 Virtualização, Modelagem e Simulação;
 Digitalização (hardware e software);
 Tecnologias de apoio (realidade aumentada, nano, wearables etc.);
 Inteligência Artificial, Computação Ubíqua, Analytics e Big data;
 Novos Materiais e Materiais inteligentes;
 Fotônica: lasers, displays, optoeletrônica e eletrônica flexível;
 Digitalização da Cadeia de Valor;
 Logística Inteligente e Otimizada.

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10 Profissões que estarão Seguras no Futuro:
• Psiquiatra
• Terapias
• Cuidados Médicos
• Pesquisa e Desenvolvimento em IA
• Engenharia
• Ciências da Computação
• Ciência
• Ensino
• Defesa Criminal
3 Tipos de Profissões que serão extintas:
• De Risco
• Repetitivas (sem necessidade de raciocínio lógico modelável_
• De procura por padrões ou com algoritmos previsíveis

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A Digitalização é Irreversível
• Grandes investimentos
• Altamente pervasivo
• O mundo conectado “do lado”
• Negócios que apresentam alto crescimento

Inovação tecnológica (disruptivas)
 Inovação Radical (Disruptiva):
– Origina novos mercados e
novos modelos de negócios;
– Altera as bases de competição existentes;
– Geralmente é do tipo “technology push”
3,6 kg
0.01 megapixels
23 seg de processamento
Características Técnicas
Adaptado de Clayton Christensen
Steven Sasson
holding the
original digital
camera
prototype
(Credit: Steve
Kelly/Kodak)
US 4131919A de
20/05/1977

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“O Vale do Silício tem uma palavra para descrever fracasso:
Singularity University / Summit 2017
Se chama experiência!”

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Agradece Muito pelo Convite!
+11 9 8117 3954
ronald.dauscha@fraunhofer.org.br
A Sociedade Fraunhofer
Seu parceiro em Inovação...

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