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Estudo de Caso: Vaca Conectada, um uso de IoT no Campo

Visão Geral do Projeto

O projeto vaca conectada nasceu de uma oportunidade apresentada pela empresa integradora de soluções, Sonda IT, uma das maiores da América Latina. A parceria existente entre a Sonda IT e Sigmais, proporciona nossa atuação em projetos desafiadores como este. O contexto era claro, uma das 5 maiores empresas de laticínios do Brasil precisava otimizar o seu processo produtivo.

Parece simples, não é mesmo? Porém, mesmo com muitas variáveis envolvidas, não é uma cadeia produtiva simples. Sua aparente simplicidade pode enganar em primeira vista.

Afinal depois que o leite é coletado da vaca o que poderia acontecer com ele, não é mesmo?

É um erro básico acreditar que a cadeia do leite é simples. Apesar de curta, esta cadeia pode esconder alta complexidade, sendo necessário manter o controle de algumas variáveis importantes para a qualidade do leite. Em condições ideais a ordem da cadeia é a seguinte:

  1. Rebanho em lactação é ordenhado;
  2. O leite coletado é estocado por poucos dias em um tanque de resfriamento na propriedade produtora;
  3. O leite é então transportado até o laticínio, por vezes ainda passa por um processo de resfriamento entre a propriedade e a unidade processadora;
  4. Processamento e embalagem;
  5. Após seu processamento o leite, e seus derivados, são destinados aos pontos de venda por meio de uma cadeia logística de transporte.

Esses 5 passos são, basicamente, os passos que todos os lácteos passam ano Brasil.

Os desafios? Esses são muitos, principalmente no que tange a marcos regulatórios, controles sanitários e de qualidade. Isto implica em haver controle da temperatura do leite em todo o processo, controle de contaminações por fármacos e mais 19 controles que indicam a qualidade do leite em geral e, principalmente, se houve contaminação.

Além dos controles de qualidade a produtividade é importante, assim sendo, é preciso monitorar o rebanho e entender como está o comportamento das vacas. Afinal, vaca estressada tende a produzir menos leite e de menor qualidade. É também necessário entender e monitorar as condições de armazenamento da propriedade e de transporte do leite até o processamento, quando então deve-se passar a controlar e monitorar os produtos acabados para a entrega ao varejista.

Pois é, são muitas variáveis para se controlar na produção para que o leite e seus derivados cheguem até a sua mesa nas melhores condições. Em função desta complexidade o projeto demonstra-se desafiador e interessante de se implementar.

O Desafio

Como já explicado anteriormente, o desafio está claro: manter o monitoramento e controle de toda a cadeia produtiva.

Primeiramente, é preciso entender quais parâmetros são necessários monitorar e como eles serão coletados. Bem, antes de mais nada, é preciso analisar cada etapa do processo. Para tal, acompanhe na imagem abaixo:

Sabendo que é preciso monitorar o rebanho em lactação, o volume de leite produzido, sua temperatura, agitação e a taxa de resfriamento do tanque, e ainda, no momento do transporte, seu posicionamento, temperatura e o volume, pergunto: Como você acha que essas variáveis eram acompanhadas até o início desse projeto?

Pois é, todas estas variáveis possuem hoje monitoramento manual. Por isso, os benefícios de monitoramento/coleta automatizada destas variáveis são tão claros e, dessa forma, dispositivos IoT serão muito importantes para auxiliar nesse processo.

Como IoT pode ajudar em uma situação dessas?

Basicamente dispositivos IoT podem auxiliar de duas maneiras nesse processo. A primeira é na coleta de dados, ou seja, substituição do monitoramento feito por um sistema analógico e passar a ser feito por um (ou vários) dispositivos digitais.

Explicando melhor, a coleta de dados consiste em captar os dados da cadeia de forma automática por meio de dispositivos que irão medir parâmetros indicadores. Tais dados são transmitidos para um web service que chamamos de “backend”, onde sua função é o pré-tratamento de dados e entrega à camada computacional de análise.

O segundo item é a análise e apresentação de informações, que se dá da seguinte maneira: através de uma camada de software que, alimentada de dados, gerará e fornecerá informações que podem nortear ações desde o manejo do rebanho até o planejamento de produção no laticínio, permitindo assim maior assertividade na tomada de decisões de caráter estratégico.

Esse é o poder que os dispositivos IoT podem trazer para um negócio como uma empresa de laticínios: proporcionar importantes implementações operacionais no sentido de otimização de processos.

Em ambos os casos citados acima, o processo de desenvolvimento da solução não se alterou em comparação aos tanques fixos. Sendo assim, uma vez que o processo foi definido e construído, pode ser replicado para os diversos tipos de tanque disponíveis.

O Processo

Aí do outro lado, você deve estar se perguntando como se dará todo o processo de coleta e análise de dados não é mesmo? Não se preocupe, iremos demonstrar agora o caminho que decidimos seguir para resolver tal equação.

Preparado? Vamos lá.

Monitoramento do animal: O que desejamos nessa etapa é garantir a medição de parâmetros por meio dos quais fica possível identificar patologias e ciclos reprodutivos dos animais. Como fazer isso?

Através de longa pesquisa de uma série de itens, tais como: pesquisas sobre o comportamento animal, definição dos indicadores comportamentais, como seria feito essa medição e quais os algoritmos de inferência. Isso tudo apenas para citar alguns passos.

Daí em diante, passamos à construção dos hardware que fazem essas medições, para então irmos para a etapa de testes e provas de conceito. Não é simples, dedicamos muitas horas de trabalho duro. Mas não acabamos ainda, isso foi apenas para o monitoramento dos animais. O próximo passo é seguirmos com os detalhes para monitoramento dos tanques.

No tanque, temos o objetivo de supervisionar remotamente a operação do tanque de resfriamento que fica localizado na propriedade produtora de leite. Dessa forma, temos parte do trabalho “facilitado”, pois o tanque é o mesmo objeto sempre e não há variações de localização nem de “estado”.

Este processo se iniciou na definição dos indicadores de grandeza que deveríamos medir, bem como, entender como seria metodologia de medição desses indicadores. Com estes detalhes definidos pudemos avançar em definições do hardware, sua composição e então construir os protótipos e após isso realizar as primeiras provas de conceito.

Mas esse é um dos tanques que necessitamos sensoriar. Ainda havia outros dois tipos de tanques para construir as soluções, são eles os tanques móveis e os postos de coleta.

Os postos de coleta funcionam como entrepostos no processo de logística de transporte do leite da propriedade até a planta industrial de processamento. Neste ponto os volumes armazenados são muito importantes e, então, monitorar o funcionamento e operação dos tanques de armazenamento/resfriamento tem impacto direto no processo de minimização de perdas.

Já os tanques móveis, são como os tanques fixos, no entanto, são os tanques utilizados no transporte tendo,  portanto, as suas peculiaridades. Este é o tanque dos caminhões ou veículos que realizam a logística do leite. Sendo assim, tomar conhecimento do posicionamento, bem como do volume coletado e temperatura do produto durante o transporte do leite, permitirá também importantes implementações operacionais no sentido de otimização de processos.

A Solução

Ficou claro que o trabalho é minucioso, cheio de detalhes e situações que podem gerar conflitos no futuro.

E isso é apenas uma ponta da solução, pois além do hardware ter toda a capacidade de coletar os dados - como expusemos anteriormente - os dados captados ainda precisavam ser direcionados para o backend – SigSystem é o nome do backend Sigmais - a fim de garantir o tratamento e a análise.

O Sigsystem se encarrega das seguintes etapas do processo:

Pré-tratamento de dados: “Traduzir” as mensagens e entregá-las no formato web a fim de disponibilizá-las à camada de analytics;

Administração dos dispositivos: Promover configurações, identificar possíveis falhas, facilitar processos de instalação e desinstalação, bem como promover a transparência quanto a tecnologias de transmissão usadas pelos dispositivos de coleta de dados, estão entre as funcionalidades de administração dos dispositivos desempenhadas pelo serviço SigSystem.

Em função das particularidades do projeto “Vaca Conectada”, diversas implementações de funcionalidades específicas se fizeram necessárias durante o processo, o que amplia muito o escopo total do serviço.

Agora, acreditamos que você esteja se perguntando como iremos transmitir os dados dos dispositivos para o SigSystem, não é mesmo? Pois é, era necessário a implantação de alguma rede de conectividade na área geográfica a ser trabalhada.

Como a atividade de produção se dá em uma grande área geográfica, os pontos a serem monitorados estão geograficamente distribuídos em extensa área, o que deu um caráter ainda mais desafiador para o transporte dos dados coletados até a nuvem internet.

Para tal finalidade, no caso de dispositivos IoT, é necessário trabalharmos com redes LPWAN (Low Power Wide Area Network), pois há a necessidade de enviar poucos dados, em distâncias relativamente longas. Tal conjunto de tecnologia garante maior vida útil para as baterias utilizadas nos dispositivos IoT de coleta de dados. Após o trabalho de seleção da rede, teste de conceito e validação das soluções, finalmente foi possível dar início a fase de campo do projeto.

Resultado

Ainda não é possível divulgar resultados do projeto, uma vez que ele ainda está em etapa de implementação. No entanto, fica claro o entendimento da abrangência de soluções que dispositivos IoT trazem ao mercado como um todo.

Com soluções que podem abranger desde o mercado industrial até soluções ligadas a smart cities, IoT pode ser o futuro de boa parte das soluções de sensoriamento que até então eram tidas como “fora do padrão”.

A expectativa para o projeto “Vaca Conectada” é que seja possível otimizar a produção e reduzir o desperdício com consequentemente aumento dos resultados do negócio laticínio.

Conclusão

Entendemos que, para se ter resultados espetaculares, é preciso ser ousado e tentar coisas diferentes. Com IoT você consegue desenvolver as coisas de forma ousada, porém controlada, com visão no controle e monitoramento.

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