Arquitetura IIoT baseada em Apache Kafka para um sistema de alertas em máquinas industriais
| Ano de defesa: | 2025 |
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Resumo: | Industry 4.0 is rapidly transforming the global manufacturing landscape by integrating cyber- physical systems, advanced automation, and real-time data analysis. In Brazil, this transformation is characterized by the flexibility of industries in adapting to new technologies, driven by the need for competitiveness in a global market. This study examines the application of emerging technologies in the field of Industrial Internet of Things (IIoT) with the goal of providing a flexible solution that enables the decentralization and digitalization of production workflows. Focusing on a footwear industry in northeastern Brazil, this case study explores how the adoption of these technologies is crucial for addressing the challenges of digital transformation and maintaining competitiveness. The proposed solution involves the use of Apache Kafka to enable continuous real-time alert flows and integration between Operational Technology (OT) and Information Technology (IT) systems. Using event-driven communication and flexible data formats such as JSON, the architecture aims to enhance the visibility and efficiency of industrial processes. Experimental results show that the system maintained latency below 300 ms under high-concurrency scenarios, with no data loss or duplication, representing a reduction of over 95% compared to the previous setup, which experienced delays of up to two minutes. This demonstrates the feasibility of the approach for critical applications in industrial environments. The proposed architecture proves to be a promising foundation for future expansions and integration with other Industry 4.0 technologies. |
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Botêlho, Raul de VasconcelosSilva, Wendley Souza daMelo, Reuber Regis de2025-10-14T18:56:01Z2025-10-14T18:56:01Z2025BOTÊLHO, Raul de Vasconcelos. Arquitetura IIoT baseada em Apache Kafka para um sistema de alertas em máquinas industriais. 2025. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e dE Computação), Universidade Federal do Ceará, Campus de Sobral, 2025.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83053Industry 4.0 is rapidly transforming the global manufacturing landscape by integrating cyber- physical systems, advanced automation, and real-time data analysis. In Brazil, this transformation is characterized by the flexibility of industries in adapting to new technologies, driven by the need for competitiveness in a global market. This study examines the application of emerging technologies in the field of Industrial Internet of Things (IIoT) with the goal of providing a flexible solution that enables the decentralization and digitalization of production workflows. Focusing on a footwear industry in northeastern Brazil, this case study explores how the adoption of these technologies is crucial for addressing the challenges of digital transformation and maintaining competitiveness. The proposed solution involves the use of Apache Kafka to enable continuous real-time alert flows and integration between Operational Technology (OT) and Information Technology (IT) systems. Using event-driven communication and flexible data formats such as JSON, the architecture aims to enhance the visibility and efficiency of industrial processes. Experimental results show that the system maintained latency below 300 ms under high-concurrency scenarios, with no data loss or duplication, representing a reduction of over 95% compared to the previous setup, which experienced delays of up to two minutes. This demonstrates the feasibility of the approach for critical applications in industrial environments. The proposed architecture proves to be a promising foundation for future expansions and integration with other Industry 4.0 technologies.A Indústria 4.0 está transformando rapidamente o cenário global da manufatura, integrando sistemas ciber-físicos, automação avançada e análise de dados em tempo real. No Brasil, essa transformação é marcada pela flexibilidade das indústrias na adaptação às novas tecnologias, impulsionada pela necessidade de competitividade em um mercado global. Este estudo examina a aplicação de tecnologias emergentes na área de Internet das Coisas Industrial (IIoT) com o objetivo de proporcionar uma solução flexível que permita a descentralização e digitalização dos fluxos de trabalho de produção. Focando em uma indústria calçadista no nordeste do Brasil, nesse trabalho é realizado um estudo de caso onde é explorado como a adoção dessas tecnologias é crucial para enfrentar os desafios da transformação digital, mantendo a competitividade. A solução proposta envolve o uso do Apache Kafka para facilitar o fluxo contínuo de alertas em tempo real e a integração entre os sistemas de Tecnologia Operacional (TO) e de Tecnologia da Informação (TI). Utilizando comunicação baseada em eventos e formatos de dados flexíveis como JSON, a arquitetura visa aumentar a visibilidade e eficiência dos processos industriais. Os resultados experimentais indicam que o sistema manteve latência inferior a 300 ms em cenários com alta concorrência, sem perdas ou duplicação de mensagens, representando uma redução superior a 95% em relação à configuração anterior, que apresentava atrasos de até dois minutos. Isso demonstra a viabilidade da abordagem para aplicações críticas em ambientes industriais. A arquitetura proposta mostra-se promissora como base para futuras expansões e integração com outras tecnologias da Indústria 4.0.Arquitetura IIoT baseada em Apache Kafka para um sistema de alertas em máquinas industriaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisindústria 4.0flexibilidadeInternet das Coisas Industrial (IIoT)apache kafkaarquitetura orientada a eventoscomunicação em tempo realmensageriamanufatura digitalvisibilidade de dadosindustry 4.0flexibilityindustrial internet of thingsapache kafkaevent-driven architecturereal-time communicationmessagingdigital manufacturingdata visibilityCNPQ::ENGENHARIASinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttp://lattes.cnpq.br/0119918473484098https://orcid.org/0000-0003-4462-7764http://lattes.cnpq.br/6125671540583140http://lattes.cnpq.br/44434915111999602025ORIGINAL2025_dis_rvbotelho.pdf2025_dis_rvbotelho.pdfapplication/pdf3515783http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/83053/1/2025_dis_rvbotelho.pdf9b6534e8485d5efbec020bfd271c6216MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/83053/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/830532025-10-14 15:56:01.661oai:repositorio.ufc.br:riufc/83053Tk9URTogUExBQ0UgWU9VUiBPV04gTElDRU5TRSBIRVJFClRoaXMgc2FtcGxlIGxpY2Vuc2UgaXMgcHJvdmlkZWQgZm9yIGluZm9ybWF0aW9uYWwgcHVycG9zZXMgb25seS4KCk5PTi1FWENMVVNJVkUgRElTVFJJQlVUSU9OIExJQ0VOU0UKCkJ5IHNpZ25pbmcgYW5kIHN1Ym1pdHRpbmcgdGhpcyBsaWNlbnNlLCB5b3UgKHRoZSBhdXRob3Iocykgb3IgY29weXJpZ2h0Cm93bmVyKSBncmFudHMgdG8gRFNwYWNlIFVuaXZlcnNpdHkgKERTVSkgdGhlIG5vbi1leGNsdXNpdmUgcmlnaHQgdG8gcmVwcm9kdWNlLAp0cmFuc2xhdGUgKGFzIGRlZmluZWQgYmVsb3cpLCBhbmQvb3IgZGlzdHJpYnV0ZSB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gKGluY2x1ZGluZwp0aGUgYWJzdHJhY3QpIHdvcmxkd2lkZSBpbiBwcmludCBhbmQgZWxlY3Ryb25pYyBmb3JtYXQgYW5kIGluIGFueSBtZWRpdW0sCmluY2x1ZGluZyBidXQgbm90IGxpbWl0ZWQgdG8gYXVkaW8gb3IgdmlkZW8uCgpZb3UgYWdyZWUgdGhhdCBEU1UgbWF5LCB3aXRob3V0IGNoYW5naW5nIHRoZSBjb250ZW50LCB0cmFuc2xhdGUgdGhlCnN1Ym1pc3Npb24gdG8gYW55IG1lZGl1bSBvciBmb3JtYXQgZm9yIHRoZSBwdXJwb3NlIG9mIHByZXNlcnZhdGlvbi4KCllvdSBhbHNvIGFncmVlIHRoYXQgRFNVIG1heSBrZWVwIG1vcmUgdGhhbiBvbmUgY29weSBvZiB0aGlzIHN1Ym1pc3Npb24gZm9yCnB1cnBvc2VzIG9mIHNlY3VyaXR5LCBiYWNrLXVwIGFuZCBwcmVzZXJ2YXRpb24uCgpZb3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgdGhlIHN1Ym1pc3Npb24gaXMgeW91ciBvcmlnaW5hbCB3b3JrLCBhbmQgdGhhdCB5b3UgaGF2ZQp0aGUgcmlnaHQgdG8gZ3JhbnQgdGhlIHJpZ2h0cyBjb250YWluZWQgaW4gdGhpcyBsaWNlbnNlLiBZb3UgYWxzbyByZXByZXNlbnQKdGhhdCB5b3VyIHN1Ym1pc3Npb24gZG9lcyBub3QsIHRvIHRoZSBiZXN0IG9mIHlvdXIga25vd2xlZGdlLCBpbmZyaW5nZSB1cG9uCmFueW9uZSdzIGNvcHlyaWdodC4KCklmIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uIGNvbnRhaW5zIG1hdGVyaWFsIGZvciB3aGljaCB5b3UgZG8gbm90IGhvbGQgY29weXJpZ2h0LAp5b3UgcmVwcmVzZW50IHRoYXQgeW91IGhhdmUgb2J0YWluZWQgdGhlIHVucmVzdHJpY3RlZCBwZXJtaXNzaW9uIG9mIHRoZQpjb3B5cmlnaHQgb3duZXIgdG8gZ3JhbnQgRFNVIHRoZSByaWdodHMgcmVxdWlyZWQgYnkgdGhpcyBsaWNlbnNlLCBhbmQgdGhhdApzdWNoIHRoaXJkLXBhcnR5IG93bmVkIG1hdGVyaWFsIGlzIGNsZWFybHkgaWRlbnRpZmllZCBhbmQgYWNrbm93bGVkZ2VkCndpdGhpbiB0aGUgdGV4dCBvciBjb250ZW50IG9mIHRoZSBzdWJtaXNzaW9uLgoKSUYgVEhFIFNVQk1JU1NJT04gSVMgQkFTRUQgVVBPTiBXT1JLIFRIQVQgSEFTIEJFRU4gU1BPTlNPUkVEIE9SIFNVUFBPUlRFRApCWSBBTiBBR0VOQ1kgT1IgT1JHQU5JWkFUSU9OIE9USEVSIFRIQU4gRFNVLCBZT1UgUkVQUkVTRU5UIFRIQVQgWU9VIEhBVkUKRlVMRklMTEVEIEFOWSBSSUdIVCBPRiBSRVZJRVcgT1IgT1RIRVIgT0JMSUdBVElPTlMgUkVRVUlSRUQgQlkgU1VDSApDT05UUkFDVCBPUiBBR1JFRU1FTlQuCgpEU1Ugd2lsbCBjbGVhcmx5IGlkZW50aWZ5IHlvdXIgbmFtZShzKSBhcyB0aGUgYXV0aG9yKHMpIG9yIG93bmVyKHMpIG9mIHRoZQpzdWJtaXNzaW9uLCBhbmQgd2lsbCBub3QgbWFrZSBhbnkgYWx0ZXJhdGlvbiwgb3RoZXIgdGhhbiBhcyBhbGxvd2VkIGJ5IHRoaXMKbGljZW5zZSwgdG8geW91ciBzdWJtaXNzaW9uLgo=Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-10-14T18:56:01Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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