Elevadores conectados. Evolução digital.

por Julio Gil e Pedro Fernández

Este artigo foi apresentado no Simpósio Internacional de Elevadores e Escadas Rolantes de 2023, em Edimburgo, Escócia.

Sumário

Atualmente, estamos vivenciando a consolidação de tecnologias já conhecidas, tais como:

• IoT
• CAN-BUS
• USB
• Ethernet
• Bluetooth
• Wi-fi
• LiFi
• NB-OIT Zigbee
• 5G
• IA: Aprendizado de Máquina, Aprendizado Profundo, Aprendizado Cognitivo
• Visão Computacional
• Realidade Aumentada
• Serviços na nuvem
• EdgeComputing
• Virtualização
• Blockchain
• Gêmeos Digitais

Esses tipos de tecnologias já estão disponíveis para pequenas e médias empresas e estão gradualmente chegando ao setor de elevadores, caracterizado por seu posicionamento tradicional. 

Atualmente, as empresas de manutenção estão começando a conectar elevadores e coletar dados, mas seu uso é limitado e tem pouco efeito nos processos de manutenção. 

No futuro, espera-se que essas tecnologias transformem tanto a própria manutenção (IA, realidade mista, visão artificial, etc.), quanto o relacionamento com o cliente (aprendizado cognitivo, aprendizado de máquina), desde a contratação de serviços (blockchain) até o projeto de elevadores (serviços em nuvem, SaaS (software como serviço)) e a fabricação (gêmeos digitais). A tendência é envolver o cliente no ciclo de vida do elevador.

As principais aplicações da IoT em elevadores são:

• Manutenção preditiva
• Monitoramento remoto 
• Diagnóstico e previsão de falhas
• Relatórios avançados 
• Gestão de conectividade
• • Gestão de energia
• Publicidade inteligente
• Gestão de tráfego
• Controle de acesso ao elevador
• Segurança em elevadores
• Smart contracts

No setor de elevação, existem diferentes desafios técnicos a serem resolvidos: a frota de elevadores existente, novos sensores, gerenciador de dados, conectividade com a Internet das Coisas (IoT) e plataforma de IoT.  

Atualmente, essas são tecnologias diferentes, com poucas empresas tecnológicas possuindo capacidade técnica em todas elas; portanto, o verdadeiro valor técnico reside na integração de todas elas. 

Estamos trabalhando para criar um ecossistema com todos esses elementos técnicos, com diferentes tecnologias e parceiros para agregar valor a esse ecossistema.

1. Uma Breve História

O elevador é um produto que evoluiu lentamente em relação à tecnologia digital. Talvez possamos encontrar uma explicação em suas origens mecânicas, enquanto a revolução tecnológica foi principalmente eletrônica e digital.

Essa resistência à mudança tem sido observada principalmente em empresas de instalação e manutenção, com os fabricantes, incluindo empresas multinacionais, impulsionando o desenvolvimento dessas tecnologias.

Desde o século XXI, essa perspectiva vem mudando, mas lentamente, com a introdução de cada vez mais componentes eletrônicos e digitais, bem como com a incorporação de sistemas de comunicação mais confiáveis, acessíveis e rápidos.

Um ponto a destacar é a evolução dos microcontroladores. Passamos de dispositivos de 8 bits com memória muito limitada (como o PIC) para microcontroladores.^® A evolução de processadores (como os da família Renesas RX, da Microchip) que eram caros, para dispositivos de 32/64 bits com alto desempenho, ampla capacidade de processamento e armazenamento (como a família Renesas RX, a família Texas Instruments 28xx, ARM, etc.) a preços muito acessíveis (abaixo de um euro). O que antes exigia 256 bytes de RAM para nossos algoritmos, agora nos fornece megabytes.

Por fim, o rápido crescimento das comunicações (GSM, 3G, 4G, 5G) e a consolidação da IoT no mercado aceleraram a transformação do setor nos últimos anos.

Atualmente, segundo a The Insight Partners, o mercado global de elevadores gera US$ 25,731.53 milhões em receita de hardware, dos quais US$ 7,651.43 milhões são atribuídos a microcontroladores e US$ 6,604.88 milhões à conectividade de circuitos integrados. Espera-se um crescimento consistente nos próximos anos.

A seguir, encontra-se uma tabela (Figura 2) com a receita de hardware e a previsão para o ano de 2028.

Isso possibilitou a introdução de algoritmos mais complexos e inovadores, como algoritmos de variação de frequência ou de controle de tráfego, que diferenciaram as empresas de seus concorrentes.

2. Tecnologias Digitais

A evolução tecnológica pela qual passamos nos últimos anos mudou a forma como nos relacionamos com o mundo ao nosso redor. Consequentemente, também está mudando a forma como queremos nos comunicar com os elevadores.

Tecnologias como: 

• IoT
• USB
• CAN-BUS
• Bluetooth
• Ethernet
• Wi-fi
• LiFi
• NB-OIT/Zigbee
• 5G
• IA: Aprendizado de Máquina, Aprendizado Profundo, Aprendizado Cognitivo
• Visão Computacional
• Realidade Aumentada
• Serviços na nuvem
• EdgeComputing
• Virtualização
• Blockchain
• Gêmeos Digitais

Essas tecnologias estão gradualmente sendo incorporadas à indústria de elevadores, algumas já consolidadas e outras emergentes. Elas estão transformando tanto o produto quanto os processos de fabricação e manutenção.

Entre as tecnologias destacadas:

• A Internet das Coisas (IoT) já está bem integrada no setor de elevadores, aprimorando os processos de produção. Atualmente, está sendo incorporada aos próprios elevadores, fornecendo relatórios analíticos de problemas por meio de dados, possibilitando a manutenção preditiva.

• CAN-BUS. Essa tecnologia se consolidou como o padrão de comunicação para sistemas de controle de elevadores. Sua confiabilidade e baixo custo levaram à sua ampla adoção na indústria, impulsionada em parte por seu uso no setor automotivo. Essa tecnologia substituiu os protocolos de comunicação tradicionais RS-485 e RS-422.

• Ethernet. Essa tecnologia, embora amplamente reconhecida, tem sido praticamente excluída do uso na indústria de elevadores devido ao seu alto custo, tanto em termos de componentes eletrônicos quanto da fiação necessária. Ela é reservada principalmente para aplicações muito específicas, como câmeras de vídeo.

• Wi-Fi/5G. Essas tecnologias permitem conectividade contínua para elevadores ao longo de todo o seu ciclo de vida, fornecendo dados valiosos. Atualmente, elas formam a base da IoT e possibilitarão a implementação de gêmeos digitais no futuro. Embora tenham se tornado padrão para conectividade externa, geralmente não são utilizadas para conexões internas de elevadores devido a problemas de custo e latência.

• NB-IoT/Zigbee. Essas tecnologias são relativamente novas no setor de elevadores, mas ainda não se tornaram dominantes, principalmente devido às limitações de cobertura de rede, problemas de latência e preocupações com a duração da bateria na arquitetura dos elevadores.

• Bluetooth. A tecnologia Bluetooth foi excluída do uso em elevadores principalmente devido a problemas de custo e latência. No entanto, é amplamente utilizada para conexões de ferramentas de manutenção via smartphones.

• USB. Semelhante ao Bluetooth, o USB não é usado dentro do elevador para comunicação devido às limitações de distância. No entanto, é amplamente utilizado para conexões de ferramentas externas, substituindo o tradicional RS-232.

• Realidade Aumentada. A realidade aumentada, ainda relativamente desconhecida no setor de elevadores, tem o potencial de revolucionar a forma como a manutenção e a fabricação são realizadas. Atualmente, é utilizada para treinamento de pessoal, mas tem o potencial de facilitar a resolução de problemas no local e eliminar a necessidade de documentação.

• Visão computacional. Como sensor em elevadores, a visão computacional permite o monitoramento em tempo real, incluindo a capacidade de detectar o número e as características dos passageiros em espera (por exemplo, idosos, crianças, pessoas com mobilidade reduzida). Quando combinada com técnicas de IA, aumenta a segurança (detectando desmaios, vandalismo, roubo, etc.) e otimiza a gestão do fluxo de passageiros.

• Inteligência Artificial (IA). Embora possua grande potencial para otimizar a manutenção e reduzir falhas, a tecnologia de IA ainda está em fase de avaliação. Explorar seu potencial é um desafio para as empresas.

• Blockchain. A tecnologia blockchain, aparentemente distante dos elevadores, pode revolucionar os contratos de manutenção e as relações entre empresas e subcontratadas. A capacidade de registrar o estado do elevador ao longo do tempo em um livro-razão imutável pode servir de base para Contratos Inteligentes, nos quais a cobrança depende da qualidade das operações e a manutenção pode ser garantida.

3. Tecnologias Digitais em Empresas de Manufatura

A implementação de novas tecnologias digitais nas fábricas não seguiu um caminho paralelo à adoção da Indústria 4.0, exceto em empresas multinacionais. As fábricas de elevadores tradicionalmente têm um perfil mais voltado para a produção em oficina do que para a linha de montagem, o que dificulta a transição. Esse desafio não se deve apenas a fatores econômicos; é também cultural e exige uma transformação dos trabalhadores e dos executivos.

Atualmente, observa-se uma mudança nessa mentalidade, com maior ênfase no valor dos dados. No entanto, embora os dados estejam sendo reconhecidos como valiosos, soluções abrangentes do tipo Indústria 4.0 ainda estão relativamente distantes nesse setor. As mudanças nessa indústria estão mais focadas em melhorias de máquinas e ferramentas, incluindo robótica, cálculos numéricos e ferramentas de verificação.

Em relação ao design, houve uma mudança significativa, especialmente no uso de ferramentas de projeto eletrônico (como Altium e Mentor Graphics), projeto mecânico (SOLIDWORKS), impressoras 3D para prototipagem e simuladores. Esses avanços permitiram a redução de custos no projeto, o aumento da confiabilidade e a redução do tempo de lançamento no mercado. As empresas frequentemente colaboram com centros de tecnologia e universidades para facilitar essa transição.

4. Tecnologias Digitais em Empresas de Manutenção 

A digitalização das operações de manutenção tem experimentado um crescimento lento, porém constante, nas empresas de manutenção: desde sistemas ERP específicos, geralmente por meio de serviços SaaS, até o uso de telefones celulares, que se transformaram em smartphones ou tablets.

Por vezes, são utilizadas ferramentas informais, como mensagens instantâneas (WhatsApp, Telegram, etc.), tanto nas interações com os clientes como com os técnicos.

Com foco no relacionamento com o cliente, a maioria das empresas oferece portais online onde os clientes podem acessar informações relevantes sobre elevadores. A eliminação do papel está praticamente concluída, e os clientes também contam com aplicativos móveis para solicitar serviços e visualizar relatórios de avarias. Vale ressaltar que a COVID-19 impulsionou significativamente essa mudança.

Em relação aos call centers, existe uma tendência crescente de automatizar a comunicação por meio de aplicativos móveis ou chatbots telefônicos.

Do ponto de vista do técnico, os relatórios em papel desapareceram e toda a gestão é feita por meio de smartphones. A geolocalização está sendo usada para programar rotas em tempo real, e as operações começam a ser planejadas com base no estoque existente e no conhecimento que os técnicos têm de um determinado equipamento.

O uso de óculos de realidade aumentada como o HoloLens é um exemplo claro da aplicação dessa tecnologia na manutenção de elevadores. Empresas como a TK Elevator e a MP Lifts os utilizam para auxiliar na resolução remota de problemas.

Ainda há um longo caminho a percorrer, principalmente na integração do potencial da IoT aos protocolos de manutenção, bem como na utilização da IA ​​para manutenção preditiva. 

5. Tecnologias Digitais em Produtos e Serviços 

Na visão tradicional, o elevador está localizado dentro do edifício, mas não interage com ele. Seu único propósito é transportar pessoas. As tecnologias digitais estão mudando essa perspectiva tradicional para uma mais aberta, onde o elevador é considerado parte da Cidade Inteligente, oferecendo aos usuários serviços adicionais como publicidade, informações meteorológicas, notícias, promoções e muito mais.

Os sistemas de controle que estão surgindo no mercado, ou aqueles previstos para os próximos anos, serão inerentemente digitais e claramente da Internet das Coisas (IoT).

Essa transformação afeta dois aspectos: o tradicional, em que o elevador é visto como parte integrante do edifício, e uma nova dimensão em que o elevador, enquanto ecossistema, se torna um serviço. Nesse ponto, entram em cena as plataformas e os aplicativos móveis, que descreveremos mais adiante.

Elevador como parte integrante do edifício

Para oferecer esses novos recursos, a tecnologia de sensores para elevadores também está evoluindo. Os dados de sensores existentes, como sensores de peso, fotocélulas, sensores de porta, etc., estão sendo aproveitados, enquanto novos sensores, como câmeras de vídeo e acelerômetros, estão sendo incorporados.

Na fase atual, existe uma tendência para utilizar sensores já existentes e evitar a implementação de novos, a menos que a sua utilidade seja evidente, por três razões principais:

1. Limitação do volume de informações que podem ser transmitidas.
2. O custo dos sensores
3. A ausência de uma relação clara entre a informação a ser transmitida e a sua utilidade como serviço.

Portanto, a tendência atual é enviar o mínimo de informações necessárias, que claramente estejam associadas a um serviço.

Atualmente, os fabricantes de elevadores e as empresas de manutenção estão definindo esses sensores sem um critério claro.

Tudo isso criará novas oportunidades de negócios.

Elevador como serviço (EaaS)

O elevador está se integrando ao ecossistema do edifício, oferecendo conectividade a outros elementos (como caldeiras e portas de garagem) e serviços à comunidade (como controle de acesso para a equipe de limpeza, atas de reuniões comunitárias, etc.). 

Essa integração cria novas funcionalidades e aprimora as existentes, beneficiando tanto o prestador de serviços de manutenção quanto o usuário (por exemplo, diagnóstico de falhas, eficiência energética, aplicativos móveis).

Os principais serviços que essas tecnologias digitais oferecem aos prestadores de serviços de manutenção incluem:

1. Manutenção preditiva: Utilização de sensores IoT para monitorar componentes de elevadores e prever quando a manutenção será necessária, reduzindo o tempo de inatividade e os custos de reparo.
2. Monitoramento remoto: Permite que os técnicos monitorem o desempenho do elevador e diagnostiquem problemas remotamente, reduzindo a necessidade de visitas presenciais. 
3. Diagnóstico e previsão de falhas: Utilização de algoritmos de aprendizado de máquina para detectar e prever falhas antes que elas ocorram, melhorando a segurança e a confiabilidade. 
4. Relatórios avançados: Fornecimento de relatórios detalhados sobre o desempenho, utilização e necessidades de manutenção dos elevadores para proprietários e administradores de edifícios. 
5. Gestão de conectividade: Garantir que os elevadores estejam conectados à internet e possam se comunicar com outros sistemas do edifício, como segurança e climatização. 
6. Gestão de energia: Utilizando sensores IoT para otimizar o consumo de energia dos elevadores e reduzir os custos de energia. 
7. Publicidade inteligente: utilização de telas em elevadores para exibir anúncios direcionados com base em dados demográficos e comportamento dos passageiros. 
8. Gestão de tráfego: Utilizando dados da IoT para otimizar o fluxo de elevadores e reduzir o tempo de espera.
9. Controle de acesso a elevadores: Utilizando tecnologia IoT para restringir o acesso aos elevadores apenas a pessoal autorizado. 
10. Segurança em elevadores: Utilização de sensores IoT para detectar e prevenir falhas em elevadores, como travamento de portas ou paradas repentinas.
11. Smart contracts
12. Gestão de ativos. Monitoramento da condição e utilização dos componentes do elevador para otimizar a substituição de peças e os cronogramas de manutenção.
13. Solução de problemas remota: Diagnosticar e até mesmo resolver problemas remotamente, reduzindo a necessidade de visitas presenciais.

Essas tecnologias digitais não apenas aprimoram o processo de manutenção, mas também melhoram a experiência geral do usuário e a contribuição do elevador para a eficiência do edifício e para as iniciativas de edifícios inteligentes.

Os principais serviços oferecidos por essas tecnologias digitais para o usuário final incluem aplicativos móveis destinados a:

1. Interagindo com o elevador. Permitindo que os usuários façam chamadas remotas para o elevador, por exemplo, solicitando que ele esteja pronto quando chegarem ao seu andar.
2. Status do elevador. Fornece informações em tempo real sobre o status do elevador, como se está operacional, em manutenção ou apresentando algum problema.
3. Inspeções Programadas. Fornecemos detalhes sobre as inspeções periódicas programadas, permitindo que os usuários se mantenham informados sobre quando elas ocorrerão e se haverá alguma interrupção programada do serviço.
4. Incidentes e soluções anteriores. Exibe informações sobre as avarias recentes do elevador e as soluções aplicadas, proporcionando aos usuários uma visão completa do histórico de manutenção.
5. Configuração do elevador. Permite aos usuários personalizar certos aspectos do elevador, como as informações exibidas no painel de controle da cabine e as configurações relacionadas ao funcionamento do elevador.
6. Serviços Comunitários. Oferecimento de serviços adicionais aos moradores ou ocupantes do prédio, como atualizações de informações, comunicados ou acesso às comodidades do edifício.

Esses aplicativos móveis melhoram a experiência do usuário e a capacidade de interagir com o elevador de forma eficiente e personalizada. 

Além disso, esses novos serviços criarão novas oportunidades de negócios e linhas de negócios adicionais com pagamentos recorrentes.

6. Desafios técnicos 

• A frota de elevadores existente exige altos investimentos iniciais na modernização e integração de tecnologias de IoT. Devido ao grande número de elevadores já instalados, adaptá-los para atingir os níveis de conectividade necessários para sua gestão implica em uma modernização total ou parcial.

• Apoio governamental para cidades inteligentes O desenvolvimento cria uma conectividade de IoT normativa e padronizada. Atualmente, não existe regulamentação para a padronização da conectividade de elevadores ou escadas rolantes. Também não existe um padrão para os tipos de operações a serem realizadas via IoT em elevadores, nem para o tipo de informação que os elevadores devem reportar. Do ponto de vista técnico, não há regulamentação para protocolos padrão de comunicação com o elevador.

• Protocolos de comunicação. O protocolo de comunicação lógico e físico, bem como a estrutura e a padronização da informação, podem ser regulamentados.

• Sensores. Combinação entre sensores padrão (independentes ou não do funcionamento do elevador) e informações recebidas de cada controlador. A integração de sensores padrão, sejam eles independentes ou interligados à operação do elevador, é crucial. Esses sensores coletam dados relevantes do elevador, fornecendo informações valiosas sobre seu desempenho e necessidades de manutenção. Os sensores fornecem informações. O principal atuador do elevador é o controlador do elevador.

• Padronização. As informações de cada controlador de elevador podem ser coletadas para fornecer uma visão abrangente do funcionamento do elevador.

• Resolver a forma como essa informação é capturada dentro do elevador, para ser transmitida para o exterior, e a forma de receber a informação para ser "enviada" ao elevador.

• Nível de conectividade IoT. Foco especial em segurança (para evitar tráfego descontrolado de informações).

• Plataforma. Plataforma para receber/analisar/enviar informações para o elevador. 

Atualmente, essas são tecnologias diferentes, com poucas empresas tecnológicas possuindo capacidade técnica em todas elas; portanto, o verdadeiro valor técnico reside na integração de todas elas. 

Estamos trabalhando para criar um ecossistema com todos esses elementos técnicos, com diferentes tecnologias e parceiros para agregar valor a esse ecossistema.

7. Conclusão

Na era atual das comunicações, da computação, da capacidade de processamento de dados e da IoT (Internet das Coisas), a indústria em geral e os serviços de manutenção de equipamentos industriais são obrigados a mudar seus processos operacionais para adotar e tirar proveito dessa tecnologia. Tudo isso representa uma revolução ainda maior do que a causada pela máquina a vapor no século XIX. Essa revolução representa um enorme salto tecnológico, cuja utilização implica necessariamente a reinvenção de processos e serviços empresariais.

A chegada da IoT na indústria de elevadores representa uma oportunidade transformadora para revolucionar os serviços de manutenção, otimizar as operações e aprimorar a experiência geral do usuário. Ao abordar os desafios associados a sensores, captura e transmissão de dados, segurança da comunicação, recursos da plataforma e serviços de valor agregado, as soluções de IoT precisam oferecer um ecossistema escalável, seguro e eficiente para elevadores.

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Referências

[1] IoT: researchgate.net/publication/288855901_Reference_Architectures_for_the_Internet_of_Things; en.wikipedia.org/wiki/Internet_of_things

[2] LiFi: en.wikipedia.org/wiki/Li-Fi

[3] BN IoT: en.wikipedia.org/wiki/Narrowband_IoT#:~:text=Narrowband%20Internet%20of%20things%20(NB,cellular%20network%20devices%20and%20services.

[4] Computação de borda: accenture.com/us-en/insights/cloud/edge-computing-index; en.wikipedia.org/wiki/Edge_computing

[5] Blockchain: euromoney.com/learning/blockchain-explained/what-is-blockchain#:~:text=Blockchain%20is%20a%20system%20of,computer%20systems%20on%20the%20blockchain.

[6] Gêmeos digitais: en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin

[7] Smart City: twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-a-smart-city; en.wikipedia.org/wiki/Smart_city#:~:text=A%20smart%20city%20is%20a,improve%20operations%20across%20the%20city.

[8] Conectividade: geeksforgeeks.org/architecture-of-internet-of-things-iot/

[9] BMS: sciencedirect.com/topics/engineering/building-management-system

[10] HVAC: techtarget.com/searchdatacenter/definition/HVAC; en.wikipedia.org/wiki/Heating,_ventilation,_and_air_conditioning

[11] API REST: ibm.com/topics/rest-apis#:~:text=An%20API%2C%20or%20application%20programming,representational%20state%20transfer%20architectural%20style; en.wikipedia.org/wiki/Representational_state_transfer

[12] SCADA: en.wikipedia.org/wiki/SCADAscada-international.com/what-is-scada/#:~:text =What%20does%20SCADA%20stand%20for,data%20from%20the%20industrial%20equipment