Autonomicidade em sistemas ciber-físicos: uma abordagem teórica e instrumental para avaliação

Abstract

O interesse pelo tema Indústria 4.0 e pelo processo de transformação digital do setor industrial tem apresentado crescimento expressivo em escala global. As tecnologias emergentes que sustentam essa transformação são essenciais para a modernização tecnológica da indústria, promovendo disrupções nos modelos de negócios tradicionais e desafiando paradigmas estabelecidos. Nesse contexto, os Sistemas Ciber-Físicos (CPS) destacam-se como uma forma avançada de integração entre computação em nuvem e Internet das Coisas (IoT), permitindo que elementos computacionais atuem de forma colaborativa no controle de entidades físicas. Embora os conceitos de automação e autonomia sejam amplamente discutidos, ainda se observa a ausência de uma definição consolidada do termo “autonomicidade” aplicada aos CPS, bem como de uma escala padronizada para avaliar, de forma sistemática, os níveis de autonomia nesses sistemas. O objetivo central desta tese foi propor um conceito teórico robusto de autonomicidade em CPS, desenvolver uma escala estruturada de cinco níveis e elaborar instrumentos para sua avaliação. A partir de uma análise bibliométrica e de revisão sistemática da literatura, foram construídas uma matriz de relação entre componentes dos CPS e níveis de autonomicidade e um instrumento inicial de avaliação (IANAC). A análise crítica permitiu, posteriormente, o avanço para uma nova versão qualitativa (IANAC-Q), organizada em blocos temáticos e aplicada de forma exploratória, oferecendo maior aderência às diferentes realidades industriais. Os resultados desta pesquisa demonstram que a autonomicidade é um conceito multidimensional, cuja avaliação exige considerar capacidades técnicas, funcionais e contextuais dos CPS. A contribuição principal reside na definição conceitual inédita, na proposição de uma escala de cinco níveis e na criação de instrumentos de avaliação que poderão subsidiar pesquisas futuras e apoiar organizações na mensuração e no planejamento de sua maturidade tecnológica no contexto da Indústria 4.0.

Interest in Industry 4.0 and the digital transformation of the industrial sector has grown substantially on a global scale. The emerging technologies that underpin this transformation are essential to the modernization of industry, driving disruptions in traditional business models and challenging established paradigms. Within this context, Cyber-Physical Systems (CPS) represent an advanced integration of cloud computing and the Internet of Things (IoT), enabling computational elements to collaborate in the control of physical entities. Although the concepts of automation and autonomy are widely discussed, there is still no consolidated definition of the term autonomicity applied to CPS, nor a standardized scale to systematically assess the different levels of autonomy in these systems. The main objective of this thesis was to propose a robust theoretical concept of autonomicity in CPS, develop a structured five-level scale, and design instruments for its evaluation. Based on a bibliometric analysis and systematic literature review, a matrix relating CPS components to levels of autonomicity and an initial assessment instrument (IANAC) were constructed. A subsequent critical analysis allowed the development of a new qualitative version (IANAC-Q), organized into thematic blocks and applied in an exploratory manner, offering greater adaptability to different industrial contexts. The results of this research demonstrate that autonomicity is a multidimensional concept whose evaluation requires consideration of technical, functional, and contextual capabilities of CPS. The main contribution lies in the original conceptual definition, the proposal of a five-level scale, and the creation of assessment instruments that may support future research and assist organizations in measuring and planning their technological maturity in the context of Industry 4.0.