¿Qué es Industry 4.0?

Industry 4.0 es un conjunto de cambios tecnológicos para crear un marco coherente e introducirlo en el proceso de fabricación. Por supuesto, la base de Industry 4.0 se relaciona con la forma en que se fabrican los productos, el fenómeno probablemente afectará a todas las partes de nuestro planeta y tiene implicaciones para todo tipo de negocios. Una definición simple de Industry 4.0 es la aplicación del Internet de las cosas, computación en la nube, sistemas ciberfísicos (CPS) y computación cognitiva en el entorno de fabricación y servicios. La automatización y la conectividad dentro del mundo de la fabricación no son nuevas. De lo físico a lo digital (realizar acciones físicas y convertirlas en registros digitales) y de lo digital a lo digital (compartir conocimientos mediante AI) también formaron parte de la fabricación desde hace años. Sin embargo, con la introducción de los habilitadores anteriores, junto con la robótica, la fabricación ahora puede avanzar a un nivel completamente conectado y flexible para generar un mayor valor tanto dentro de la fábrica como en toda la cadena de suministro. Esencialmente, el paso de lo digital a lo físico (aplicar algoritmos que traduzcan las decisiones del mundo digital para lograr cambios en el mundo físico) es el componente más importante de Industry 4.0.

Diagrama de Industry 4.0

Se clasifica como Industry 4.0 porque sigue la tercera revolución industrial de la era de las computadoras y va un paso más allá: las computadoras autoejecutables impulsadas por datos y Machine Learning. A medida que las fábricas se vuelvan más inteligentes y aprendan de la afluencia de datos de todos sus sistemas, se volverán más productivas y tendrán menos gastos. El gobierno alemán acuñó el término “Industrie 4.0” en 2013 y forma parte de su estrategia High Tech cuya finalidad es mantener las ventajas industriales con las que cuenta y evitar perderlas en relación con otros países.

Industry 4.0 es mucho más que detectar y aprender: es la entrega de flujos de trabajo globales automatizados interconectados que automatizan los procesos para mejorar la calidad y aumentar la disponibilidad de la maquinaria. Es la combinación de los mundos físico y digital lo que permite la colaboración entre áreas, socios y personas. Es la evolución de las fábricas a ecosistemas de autorecuperación y autoejecución que utilizan la automatización, virtualización de datos, conectividad inalámbrica y sensores del Internet de las cosas. Con Industry 4.0, el proceso de fabricación es más rápido y eficiente que en el pasado, debido al análisis de una gran cantidad de datos de producción y a la aplicación de Machine Learning en conjunto con la inteligencia artificial.

La disponibilidad de sensores de bajo costo que se pueden adaptar a maquinarias más antiguas, el almacenamiento de datos, la analítica Big Data, los dispositivos inteligentes y la tecnología en la nube ahora permiten a los fabricantes tener una visibilidad detallada en tiempo real de las operaciones de fabricación en equipos, personas, proveedores, líneas de procesamiento y plantas de fabricación. Sería muy complicado mejorar el producto sin analizar una gran cantidad de datos y responder en tiempo real en condiciones críticas.

Muchos expertos del sector están de acuerdo en que solo se aprovecha alrededor del 5 % de todos los orígenes de datos disponibles en una fábrica actualmente. La mayoría de las empresas solo recopilan datos de procesos y, por lo general, los utilizan solo para fines de registro en lugar de como una base para mejorar las operaciones. Existen muchos desafíos a los que se enfrentan los fabricantes hoy en día que exigen un cambio. Primero, existe una proliferación de productos. Hay más opciones para los consumidores, por lo que se dificulta la diferenciación de los productores. Los ciclos de vida más cortos de los productos requieren que los procesos de fabricación se transformen y actualicen constantemente. Los productos que salen al mercado son cada vez más complejos y requieren que más aspectos del negocio trabajen en conjunto para tener éxito. Y es más difícil sacar un producto competitivo al mercado debido a la velocidad con la que se lanzan productos nuevos y porque hay más opciones que nunca.

Otra tendencia es la demanda de los clientes por productos altamente personalizados. Existe un cambio de la producción masiva a la personalización masiva. Los fabricantes de lentes, calzado y muchos otros permiten a sus clientes personalizar completamente su producto y seleccionar entre múltiples opciones directamente en sus sitios web. Una vez que se realiza la personalización, se genera una nueva orden de producción solo para ese artículo.

Habilitadores de tecnología de Industry 4.0

Las características principales de las pautas sugeridas en las nuevas estrategias de alta tecnología son:

Interoperabilidad: son los sistemas ciberfísicos (software integrado en hardware como sensores, procesadores y tecnologías de comunicación) que permiten a las personas y las fábricas conectarse y comunicarse entre sí.

Virtualización: es la creación de una copia virtual de la fábrica (conocida como Digital Twin de la fábrica), vinculando los datos de los sensores con modelos de plantas virtuales y modelos de simulación.

Descentralización: es la capacidad de los sistemas ciberfísicos para tomar decisiones por sí mismos y producir localmente, gracias a tecnologías como la impresión 3D.

Capacidad en tiempo real: es la capacidad de recopilar y analizar datos y proporcionar la información derivada de manera inmediata.

Orientación a servicios: los servicios están disponibles a través del Internet de los servicios (IoS) y otros participantes los pueden usar. Nos referimos a IoS como las API para intercambiar información entre B2C y B2B.

Modularización: es la adaptación flexible de las fábricas a los requisitos cambiantes mediante la sustitución o ampliación de módulos individuales.

Para tener éxito, la información en sistemas aislados creada en el pasado debe desglosarse. El conectarse a múltiples orígenes de una gran variedad de datos, unificar los datos subyacentes y evitar la información redundante, permitirá a los fabricantes interconectar múltiples áreas y negocios para operar con datos de toda la fábrica.

La TI se está volviendo más integral en el proceso de fabricación. En el pasado, la TI tenía la función de respaldar el proceso de fabricación, ahora eso ha cambiado. La TI no solo es de soporte, sino que también tiene una función principal y dominante en todo el proceso de fabricación.

Principales casos de uso de Industry 4.0

Analítica predictiva

El estudio de McKinsey corrobora la promesa: “Un enfoque de Big Data/analítica avanzada puede resultar en un aumento del 20 al 25 % en el volumen de producción y en una reducción hasta del 45 % en el tiempo de inactividad”. El tiempo de inactividad es caro y reduce su KPI de OEE. Pasar de un enfoque reactivo a uno proactivo será clave para competir sólidamente.

Machine Learning

Los avances en Machine Learning llevaron a la adopción cada vez mayor de prácticas de producción eficiente y Six Sigma. Las técnicas de Machine Learning emplean una clase emergente de algoritmos que realmente aprenden de los datos que se les presentan y construyen automáticamente el mejor modelo posible para cada conjunto de datos. Como tal, permite a los analistas, que tienen poca experiencia en estadísticas y modelos, resolver problemas complejos que de otro modo estarían fuera de su alcance. Estos desarrollos dieron como resultado directamente mejoras en la calidad del producto y la reducción de residuos o adaptación de productos. La aplicación del análisis de datos en una multitud de parámetros de producción ayuda a comprender mejor la configuración de la maquinaria para un pedido específico o a evitarla si pudiera producir mala calidad y generar desperdicios.

Interoperabilidad e inteligencia artificial

La madurez de los sistemas ciberfísicos les permiten a los seres humanos, al producto y a las máquinas de fábricas inteligentes conectarse y comunicarse entre sí para obtener conocimientos en tiempo real. No solo existe la interacción hombre-máquina, sino que con los sistemas ciberfísicos descentralizados, las máquinas tomarán decisiones por sí mismas. Un gran ejemplo de interacción hombre-máquina proviene de la industria automotriz. Los trabajadores altamente especializados usan brazaletes que pueden rastrear su movimiento y alertarlos cuando ocurre un movimiento en una dirección incorrecta o durante el ensamblaje cuando el torque aplicado es suficiente. Esto no solo mejora la seguridad, sino que también evita movimientos incorrectos repetidos que podrían provocar lesiones laborales y crónicas.

Las áreas clave de aplicación de los principios de Industry 4.0 son:

Operaciones de fabricación
OEE y productividad en la fábrica
Mantenimiento predictivo
Monitoreo de procesos y equipos en tiempo real
Optimización de procesos
Monitoreo de calidad en tiempo real
Rendimiento del producto y análisis de causa raíz
Confiabilidad y garantía

Al introducir la analítica de datos, Machine Learning y las capacidades de inteligencia artificial, una fábrica habilitada para Industry 4.0 normalmente se define como una Smart Factory o se le conoce como de fabricación inteligente. En una Smart Factory, la maquinaria "aprende" a predecir anomalías y tomar decisiones descentralizadas en tiempo real para dar respuesta a los sucesos. Muchos fabricantes ya están utilizando componentes de una Smart Factory, como la realidad aumentada, para ayudar a reparar las máquinas, sin embargo, una verdadera Smart Factory es una iniciativa más integral.

Al utilizar un sistema Smart Factory, todos los datos relevantes se agregan y analizan, y se toman medidas en función de ese análisis. Dentro de las Smart Factory de estructura modular, los sistemas ciberfísicos monitorean los procesos físicos, crean una copia virtual del mundo físico y toman decisiones descentralizadas. A través del Internet de las cosas, los sistemas ciberfísicos se comunican entre sí y con las personas en tiempo real y por medio del Internet de los servicios. Los sensores, dispositivos, personas y procesos forman parte de un ecosistema conectado que proporciona:

Reducción del tiempo de inactividad
Reducción de excedentes y taras
Conocimientos profundos
Visibilidad en tiempo real de extremo a extremo
Digital Twin de la fábrica

Los fabricantes que monitorean continuamente los procesos, equipos, personas, proveedores y toman decisiones predictivas automatizadas mejoran la productividad y obtienen una ventaja competitiva sobre aquellos que adoptan un enfoque de plataformas aisladas. La necesidad de máquinas “inteligentes” sencillamente seguirá creciendo y las organizaciones deberán implementar una solución que incorpore la analítica de datos para respaldar las operaciones; analítica predictiva o preventiva; integración de Big Data con orígenes de Big Data; analítica y acciones en tiempo real; e integración del Internet de las cosas en tiempo real.

Los objetivos de la fabricación inteligente, los recursos de fabricación (máquinas, equipos, personas y fábricas) y los procesos que llevan a cabo son mejores cuando se automatizan, integran, monitorean y evalúan continuamente para permitir que las personas trabajen de manera más inteligente, tomen decisiones informadas de manera oportuna y ejecuten operaciones que sean más eficientes.

El siguiente paso vendrá con la introducción de la tecnología celular 5G. Esto les permitirá a los fabricantes avanzar, cada vez más, hacia tecnologías centradas en la nube debido a su mayor velocidad y menor latencia. Una disminución en la latencia significa una capacidad de datos mucho mayor para permitir que las máquinas y los sistemas reaccionen rápidamente en tiempo real. La red 5G garantiza la confiabilidad de la conexión. Los operadores podrán trabajar con los controles de la máquina en cualquier lugar de la planta con la confianza de que no se perderán las conexiones. Por primera vez, 5G ofrecerá una velocidad de datos y una confiabilidad comparables a las de la comunicación por cable.

El cambio de las formas tradicionales y lineales de recibir información a la analítica e inteligencia en tiempo real podría cambiar la forma en que se fabrican los productos. Industry 4.0 es mucho más que todas las tecnologías enumeradas anteriormente, se trata de cómo las organizaciones pueden aprovecharlas, unirlas y mejorar las operaciones y el crecimiento. Las organizaciones deben descubrir cómo utilizar mejor estas nuevas tecnologías para seguir siendo competitivas.

Fabricación inteligente en la era de Industry 4.0 e Internet de las cosas

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Industry 4.0 es mucho más que detectar y aprender: es la entrega de flujos de trabajo globales automatizados interconectados que automatizan los procesos para mejorar la calidad y aumentar la disponibilidad de la maquinaria. Es la combinación de los mundos físico y digital lo que permite la colaboración entre áreas, socios y personas. Es la evolución de las fábricas a ecosistemas de auto-recuperación y auto-ejecución que utilizan la automatización, virtualización de datos y conectividad inalámbrica y sensores del Internet de las cosas. Con Industry 4.0, el proceso de fabricación es más rápido y eficiente que en el pasado, debido al análisis de una gran cantidad de datos de producción y la aplicación de Machine Learning junto a la inteligencia artificial.

La disponibilidad de sensores de bajo costo que se pueden adaptar a maquinarias más antiguas, el almacenamiento de datos, la analítica de Big Data, los dispositivos inteligentes y la tecnología en la nube ahora permite a los fabricantes tener una visibilidad detallada en tiempo real de las operaciones de fabricación en equipos, personas, proveedores, líneas de procesamiento y sitios de fabricación. Habrá poco espacio para mejorar el producto si no se analiza una gran cantidad de datos y se actúa en tiempo real en condiciones críticas.