Industria 4.0, nuevas tecnologías para la fábrica del futuro

La producción industrial fue transformada por la fuerza del vapor en el siglo XIX, la electricidad a principios del siglo XX, y la automatización en la década de 1970. Sin embargo, estas ondas de avance tecnológico no redujeron el empleo en general. Aunque el número de empleos en la manufactura disminuyó, surgieron nuevos puestos de trabajo y la demanda de nuevas habilidades crecieron. Hoy en día, otra transformación de la fuerza de trabajo está en el horizonte debido a que la manufactura está experimentando una cuarta ola de avance tecnológico: el surgimiento de nuevas tecnologías industriales digitales que se conocen colectivamente como la industria 4.0.

Precisamente, Industria 4.0 fue uno de los temas centrales abordados durante el Foro Económico Mundial, llevado a cabo en la ciudad de Davos (Suiza) el pasado mes de enero. El fundador del Foro Económico Mundial (WEF, por sus siglas en inglés), Klaus Schwab, hizo un llamado a los líderes mundiales a que revisen sus políticas para adaptarlas a los cambios que se avecinan. "Aún no estamos suficientemente preparados para esta cuarta revolución industrial y temo que llegará como un tsunami y transformará todos los sistemas y procesos”, afirmó.

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Por su parte, Klaus Kleinfled, CEO de Alcoa, Inc., comentó: “la cuarta revolución industrial nos está permitiendo hacer cosas que nunca hemos sido capaces de hacer antes. De repente somos capaces de hacer las cosas en 20 minutos que solían tomar 20 días. El reto para las empresas que son grandes es, ¿Cómo puede asegurarse de que todos los involucrados en una organización sientan que hay una revolución en marcha?”.

Según la consultora bcg.perspectives existen nueve pilares, avances en la tecnología que forman la base para la Industria 4.0 y que ya se utilizan en la manufactura, pero que van a transformar la producción industrial, estos son:

1. Grandes volúmenes de datos y análisis

Analíticas basadas en grandes conjuntos de datos han surgido recientemente en el mundo de la manufactura, donde se optimiza la calidad de la producción, se ahorra energía y se mejora el servicio al equipo. En el contexto de Industria 4.0, la evaluación y colección completa de datos de diferentes fuentes se convertirá en estándar para apoyar la toma de decisiones en tiempo real.

2. Los robots autónomos

Los fabricantes en muchas industrias han utilizado durante mucho tiempo los robots para hacer frente a las tareas complejas, pero los robots están evolucionando para una mayor utilidad. Son cada vez más autónomos, flexibles y colaborativos. Con el tiempo, van a interactuar unos con otros y trabajar de forma segura al lado de los seres humanos y aprender de ellos. Estos robots costarán menos y tendrán una mayor gama de capacidades que las utilizadas en la fabricación de hoy en día.

Por ejemplo, Kuka, un fabricante europeo de equipos robóticos, ofrece robots autónomos que interactúan entre sí. Estos robots están interconectados de modo que puedan trabajar juntos y ajustar automáticamente sus acciones para adaptarse al siguiente producto sin terminar en la cola. Sensores de alta gama y unidades de control permiten una estrecha colaboración con los seres humanos. Del mismo modo, el proveedor de robots industriales, ABB, con el robot de dos brazos llamado YuMi, diseñado específicamente para ensamblar productos (electrónica de consumo) junto a los humanos.

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3. Simulación

En la fase de ingeniería, ya se utilizan simulaciones en 3-D de productos, materiales y procesos de producción, pero en el futuro, las simulaciones serán utilizadas más ampliamente en operaciones de la planta también. Estas simulaciones aprovechan los datos en tiempo real para reflejar el mundo físico en un modelo virtual, que puede incluir máquinas, productos y seres humanos. Esto permite a los operadores probar y optimizar los ajustes de la máquina para el siguiente producto en línea en el mundo virtual antes del cambio físico, impulsando así los tiempos de configuración de la máquina y el aumento de la calidad.

4. Integración de sistemas horizontales y verticales

La mayoría de los sistemas de IT de hoy en día no están totalmente integrados. Compañías, proveedores y clientes rara vez están estrechamente vinculados. Tampoco los departamentos, como la ingeniería, producción y servicio. Funciones de la alta gerencia al piso de planta no están totalmente integrados. Pero con la Industria 4.0, empresas y departamentos entrarán a ser más cohesivos entre sí y permitirán que las cadenas de valor verdaderamente se automaticen.

5. El Internet  Industrial de las Cosas

Hoy en día, sólo algunos de los sensores y máquinas de un fabricante están conectados en red y hacen uso de la informática integrada. Están organizados típicamente en una pirámide de automatización vertical en el que los sensores y dispositivos de campo, con los controladores de inteligencia y automatización, alimentan un sistema de control de manufactura. Pero con el Internet Industrial de las Cosas, varios dispositivos se enriquecerán con la informática integrada y se conectarán utilizando tecnologías estándar. Esto permitirá que los dispositivos de campo puedan comunicarse e interactuar entre sí y con los controladores más centralizados, según sea necesario. También se descentralizará el análisis y la toma de decisiones, lo que permitirá respuestas en tiempo real.

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6. La seguridad cibernética

Con el aumento de la conectividad y el uso de protocolos de comunicación estándar que vienen con la Industria 4.0, la necesidad de proteger los sistemas industriales críticos y líneas de manufactura de las amenazas de seguridad cibernética, aumenta dramáticamente. Como resultado, comunicaciones seguras y fiables, así como sofisticados sistemas de gestión de identidad y acceso a las máquinas, y a los usuarios serán esenciales.

7. La nube

Las empresas ya están utilizando el software basado en la nube para algunas aplicaciones empresariales y de análisis, pero con la Industria 4.0 varias empresas requerirán un mayor intercambio de datos a través de los sitios y los límites de la empresa. Al mismo tiempo, el rendimiento de las tecnologías en la nube mejorará el logro de tiempos de reacción de sólo varios milisegundos. Como resultado, los datos de la máquina y su funcionalidad cada vez más serán desplegados en la nube, lo que permite más servicios basados en datos de los sistemas de producción. Incluso los sistemas que controlan los procesos pueden llegar a ser basados en la nube.

8.  Manufactura aditiva

Las empresas han comenzado a adoptar la manufactura aditiva, impresión 3-D, que se utiliza para crear prototipos y producir componentes individuales. Con la Industria 4.0 estos métodos de impresión 3D ya se utilizan ampliamente para producir pequeños lotes de productos personalizados, que ofrecen ventajas de construcción, tales como diseños complejos y ligeros.

9. Realidad aumentada

Sistemas basados en realidad aumentada soportan una gran variedad de servicios, tales como la selección de las piezas en un almacén y el envío de instrucciones de reparación a través de dispositivos móviles. Estos sistemas están actualmente en su infancia, pero en el futuro, las empresas harán un uso mucho más amplio de la realidad aumentada para proporcionar a los trabajadores información en tiempo real, para mejorar la toma de decisiones y procedimientos de trabajo.

Por ejemplo, los trabajadores pueden recibir instrucciones de reparación sobre cómo sustituir una pieza determinada, ya que están buscando en el sistema real, que necesita reparación. Esta información se puede visualizar directamente en el campo de visión de los trabajadores con uso de dispositivos tales como gafas de realidad aumentada.

Otra aplicación es la formación virtual. Siemens ha desarrollado un módulo de formación virtual en la empresa-operador para su software Comos, que utiliza un entorno 3D realista, basado en los datos de las gafas de realidad aumentada para formar a personal de la planta para manejar situaciones de emergencia. En este mundo virtual, los operadores pueden aprender a interactuar con las máquinas haciendo clic en una cyberepresentación. También pueden cambiar los parámetros y recuperar datos e instrucciones de mantenimiento operativo.

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Hannover Messe, pionero en Industria 4.0

El término Industria 4.0 ha sido ampliamente usado en Europa, especialmente en Alemania, cuando fue introducido por primera vez durante la Feria Hannover Messe de 2011; desde ese año los ojos han estado puestos en los desarrollos tecnológicos a nivel global, que agrupan la cuarta revolución industrial.

De hecho, de acuerdo a los organizadores de la feria Hannover Messe, Deutsche Messe, celebrada a finales de abril de este año, y la cual tuvo como país invitado a Estados Unidos, ninguna otra exposición ha ofrecido jamás tantos escenarios de aplicaciones en el mundo real con tecnología inteligente para el mundo de la fabricación, lo que hace de la Industria 4.0 una experiencia tangible. Las soluciones que se exhibieron variaron desde actualizaciones de máquinas individuales hasta la plena integración de la línea de producción, una completa captura de datos y análisis en la nube. “Esto marca el avance para la Industria 4.0. Lo siguiente en la agenda es la fase de comercialización. La tecnología está lista para rodar y a punto de hacer su camino hacia la planta de fabricación”, destacó Dr. Jochen Köckler, miembro de la junta directiva de Deutsche Messe.

El evento según Köckler, “confirma su posición como un punto de acceso global para la Industria 4.0. Aquí es donde las últimas tecnologías e innovaciones se presentaron a un público amplio. Las iniciativas de la industria de Alemania, Estados Unidos, China, Japón y la Unión Europea se han reunido en Hannover para embarcarse en un viaje compartido en el futuro digital. Un excelente ejemplo fue ‘La Industria 4.0 conoce el Internet Industrial’, foro que atrajo a más de 8.000 asistentes con ganas de ponerse al día en las últimas tecnologías, estándares y modelos de negocio para la industria integrada”.

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Tecnologías disponibles para la Industria 4.0

SICK AG expuso durante la feria Hannover Messe, soluciones de sensores innovadoras para aplicaciones futuras bajo el lema “Industrie 4.0 ready”.Como proveedor de tecnología en el área de sensores industriales, SICK presentó el uso que puede hacerse de los datos de los sensores inteligentes, desde la creación de complejos servicios web en la nube con gran volumen de agregación y el desarrollo de sistemas de piso de planta, hasta la transparencia de la logística o incluso el control autónomo directo de robots. La compañía dio prueba de su papel clave como impulsor de tecnología en la Industria 4.0.

Además de sistemas y sensores inteligentes propios, se pudieron ver algunos ejemplos de cooperación con programas de investigación y con la industria. En estas exposiciones conjuntas, los visitantes pudieron admirar las soluciones integradas típicas de la Industria 4.0. Una auténtica atracción para el público fue la demostración sobre la colaboración entre humanos y robots, en la que un brazo robótico agarraba la taza de vidrio sostenida por uno de los asistentes. Por medio de la etiqueta RFID adherida, el robot conseguía leer la presión aplicable y la ejercía de forma autónoma. Gracias a la protección de la estación con escáneres láser del tipo microScan3, el robot pudo trabajar en esta aplicación sin pantallas de separación. En el instante en que una persona se aproximaba a cierta distancia al robot en pleno trabajo, este ralentizaba su movimiento. Si alguien se acercaba un poco más, el robot se detenía por completo.

La compañía Bernecker & Rainer introdujo mappview, una HMI que ofrece acceso directo a todo un mundo de tecnología web desde el propio entorno de ingeniería. Por primera vez, los ingenieros de automatización disponen de todas las herramientas necesarias para crear soluciones HMI potentes e intuitivas, y no necesitan conocimientos de HTML5, CSS o JavaScript.

mapp View confía 100% en los estándares de la web para asegurar que los contenidos se pueden visualizar de manera óptima en cualquier dispositivo de salida o incluso en equipos personalizados para un usuario o grupo de usuarios específicos.

Toda la funcionalidad de la GUI (Interfaz gráfica de usuario) está encapsulada en elementos de control modulares llamados widgets; los cuáles, simplemente se arrastran y sueltan para después configurarlos. Como el contenido y el layout están separados, los diseños se pueden ajustar en cualquier momento o incluso se pueden usar en otras máquinas.

Por su parte, la compañía Sew Eurodrive, se centró en las soluciones que ofrece para la optimización de procesos y el ahorro energético. Los visitantes quedaron impresionados por la exhibición en movimiento de Sew-Eurodrive. El presidente de SEW, Sr. Blickle, utilizó las aplicaciones del stand como modelo para explicar la importancia y las ventajas de la logística de funcionamiento en el marco de los mercados globales mediante las variadas aplicaciones de logística optimizadas en el stand, teniendo en cuenta los aspectos del ahorro energético. Muchos de estos temas se han implementado en los nuevos paquetes de solución de accionamiento Variolution, completamente desarrollados y optimizados. El Sr. Blickle también expuso el potencial del ahorro energético en la ingeniería del accionamiento eléctrico, que además reduce las emisiones de CO2 y se aproxima a las medidas de regulación actuales.

Adicionalmente, la compañía KUKA demostró aplicaciones prácticas que suponen beneficios reales para los consumidores en diferentes áreas; todas con un claro enfoque en el desarrollo de soluciones para la Industria 4.0. Nuevos productos para nuevos mercados y aplicaciones innovadoras desarrolladas por una comunidad de investigación en robótica, tuvieron un papel principal en la feria Hannover Messe.

En el stand de la compañía, los visitantes de la edición 2016 de Hannover Messe pudieron conocer de cerca soluciones llave en mano y aplicaciones para la Industria 4.0. De igual manera, el fabricante  debutó con el prototipo de una nueva generación de robots con el que proyecta suplir las demandas de uno de los más grandes mercados de la automatización: la industria electrónica.

Es así como la industria 4.0 ofrece un mundo de posibilidades para la producción industrial  Sin embargo, hay retos y barreras como la no existencia de marcos legales, el manejo de privacidad de datos y la  falta de fuerza laboral calificada, que deben ser establecidos para que la cuarta revolución avance y sea una realidad.

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