10 componentes básicos de la industria 4.0
Aaron Ricadela | Estratega de contenido | 19 de diciembre de 2023
La convergencia de la cobertura de internet generalizada, los sensores inalámbricos de bajo costo, la comunicación 5G y el procesamiento de datos más potente está permitiendo a los fabricantes digitalizar sus fábricas para reducir los costos, aumentar la capacidad de producción y mejorar la calidad del producto. Este movimiento se conoce comúnmente como industria 4.0, y se refiere a la cuarta revolución industrial, después de las tres anteriores, que trajeron grandes avances en el uso del vapor, la electricidad y la automatización electrónica. Implica la combinación de tecnologías de maquinaria e información para mejorar la forma en que los bienes se obtienen, producen y envían a nivel mundial.
Las fábricas de la industria 4.0 cuentan con máquinas y herramientas equipadas con sensores; una nueva generación de robots automatizados; y herramientas de realidad aumentada, realidad virtual y video que se comunican entre sí para aumentar la precisión y el rendimiento de la producción. Junto con software de aprendizaje automático (ML) y análisis de big data, estas “fábricas inteligentes” logran más eficiencia en los procesos al monitorear y ajustar automáticamente las ejecuciones de producción. También ayudan a los fabricantes a programar las líneas de producción de acuerdo con cuellos de botella previstos, cronogramas de mantenimiento, costos y configuración de la línea de producción. Con estas fábricas inteligentes, las empresas pueden responder más rápidamente a los cambios en la demanda o en los requisitos de producción que aquellas con líneas de ensamblaje convencionales, y además es posible identificar más fácilmente tanto problemas potenciales como oportunidades para maximizar los ingresos.
Los efectos van más allá de la producción. La industria 4.0 tiene el potencial de sustituir más automatización por trabajo humano, lo que requiere que los fabricantes reentrenen a muchos de sus empleados para trabajos de mayor nivel y orientados a la tecnología.
¿Qué es la industria 4.0?
La industria 4.0 es el uso de tecnologías de automatización y análisis de datos para crear fábricas inteligentes donde las máquinas se comunican entre sí y con los trabajadores para automatizar más procesos de producción, reducir defectos y predecir fallos en el equipo. Un enfoque de industria 4.0 en el sector manufacturero puede aumentar el rendimiento de la producción, reducir costos, mejorar la calidad del producto, acelerar el tiempo de salida al mercado y ayudar a garantizar que las líneas de producción no se detengan.
Por ejemplo, Alcar Ruote de Austria, que fabrica ruedas de posventa de acero para automóviles europeos, implementó software de cadena de suministro y manufactura para analizar datos de sensores en su planta de Suiza. Con una fábrica inteligente, Alcar Ruote ahora puede anticipar mejor los fallos de las máquinas y comparar la calidad del producto con las solicitudes de los clientes, y ha reducido drásticamente el tiempo de producción perdido, o los periodos en que los trabajadores están inactivos o rehaciendo tareas.
Las fábricas inteligentes utilizan sensores montados en equipos de producción que recogen datos y los transmiten a software ERP, que los analiza en tiempo real. Las técnicas de producción de la industria 4.0 permiten a los fabricantes utilizar estos datos para crear representaciones digitales de equipos y procesos. Usando estos “gemelos digitales”, los fabricantes como BMW y Siemens prueban virtualmente nuevos diseños de fábricas, por ejemplo, agregando un robot a un espacio de trabajo dado mientras tienen en cuenta la iluminación del edificio y la ergonomía humana, y los implementan en menos tiempo del habitual.
Las fábricas “destacadas”, que las multinacionales utilizan para mostrar su adopción de los métodos de la industria 4.0, incluyen:
- La planta de ensamblaje de BMW en Regensburg, Alemania, para sus hatchbacks de la Serie 1 y los SUV compactos X1 y X2. Los relojes inteligentes alertan a los trabajadores sobre un vehículo con requisitos inusuales que baja por la línea de producción, y los robots industriales trabajan junto a los humanos para lijar y pulir chasis según las necesidades de cada uno mientras las cámaras detectan defectos en los trabajos de pintura.
- Smart Park de LG Electronics en Changwon, Corea del Sur, que fabrica electrodomésticos. Un sistema de transporte aéreo o vehículos automatizados gestionados a través de la red inalámbrica 5G de la planta entregan partes de refrigeradores y otros artículos a las líneas de producción. Un “almacén inteligente” adjunto a cada línea monitorea el inventario y solicita piezas y suministros adicionales según sea necesario. Los sensores en las máquinas identifican problemas potenciales de manufactura y dirigen a los robots a solucionarlos antes de que surja un problema.
- La fábrica de electrónica inteligente de Schneider Electric en Lexington, Kentucky. Allí, los técnicos escanean información de las máquinas con tabletas para llamar y analizar dibujos esquemáticos de realidad aumentada, reduciendo los tiempos de reparación en un 20 %. Las etiquetas RFID permiten a los gerentes rastrear miles de piezas en proceso mientras los productos se mueven a través de la fábrica.
- La planta del conglomerado de diseño de electrónicos, Siemens, en Amberg, Alemania. Un sistema que comprende sensores, computación perimetral e IA identifica automáticamente componentes y productos terminados, registra todos los parámetros del proceso y analiza datos en tiempo real para automatizar la mayor parte de la producción y reducir los defectos a casi cero.
Aún así, hasta 2020, alrededor de tres cuartos de los fabricantes que implementaban tecnologías de la industria 4.0 estaban “atascados en el purgatorio piloto”, incapaces de ofrecer un ROI satisfactorio, según un estudio de McKinsey. Estos programas siguen siendo difíciles de escalar, y los equipos tienden a atascarse analizando toda una operación antes de tener avances.
Conclusiones clave
- La industria 4.0 es un enfoque de manufactura que involucra equipos físicos y software junto con computación en la nube, análisis de datos y redes inalámbricas.
- Los fabricantes se están asociando con proveedores de servicios en la nube para obtener aplicaciones, servicios de bases de datos, servicios de inteligencia artificial (IA) y potencia de computación en la nube que pueden recopilar y dar sentido a los datos de sus máquinas.
- Las empresas deben asegurarse de que estos sistemas estén bien integrados con sus procesos actuales para lograr los ahorros de tiempo y costos de un enfoque de la industria 4.0.
- Los objetivos principales de las iniciativas de la industria 4.0 son aumentar la producción, reducir costos, mejorar la calidad del producto y acelerar el tiempo de salida al mercado.
¿Por qué es tan importante la industria 4.0?
Los principales fabricantes aumentan la producción, reducen las pérdidas de materiales y mejoran los tiempos de entrega con los métodos de la industria 4.0. Eso es especialmente importante ahora, en medio de la escasez de materiales y las cadenas de suministro interrumpidas. Enfrentando una creciente presión de los reguladores e inversores para alcanzar objetivos de sostenibilidad, los fabricantes también utilizan prácticas de la industria 4.0 para reducir el consumo de energía y los desechos, ajustando finamente las líneas de producción. La industria 4.0 también puede mejorar la productividad en las operaciones diarias de la fábrica, una necesidad para las industrias manufactureras en muchos países que luchan con la escasez de mano de obra.
10 componentes de la industria 4.0 que debes conocer
Los proyectos exitosos de la industria 4.0 dependen de varias tecnologías que trabajan juntas de manera integrada y segura.
1. Internet de las cosas (IoT)
Redes de máquinas con sensores que transmiten información sobre la salud y el funcionamiento del equipo, combinadas con software que usa IA y ML para analizar resultados en el acto, generan aumentos en la productividad y la calidad del producto a medida que las empresas los usan para detectar cuellos de botella, reconfigurar líneas según sea necesario y detectar defectos.
2. Fábricas inteligentes
Las fábricas inteligentes integran el monitoreo de la línea de producción y el mantenimiento predictivo con tecnologías como la computación en la nube, blockchain e impresión 3D. Algunas de estas fábricas sirven como “instalaciones destacadas”, que muestran a otros fabricantes las ganancias que podrían obtener con un enfoque de la industria 4.0. Además de un mayor control de calidad, los beneficios de las fábricas inteligentes incluyen la capacidad de reconfigurar virtualmente la maquinaria en el piso de producción y observar los posibles efectos a través de simulaciones digitales de procesos, como lo hace BMW en su planta de Regensburg, Alemania.
3. Sistemas ciber-físicos
Máquinas equipadas con sensores que se conectan entre sí y a internet, ayudan a monitorear y controlar procesos de fábrica, como ensamblaje y pintura. Por ejemplo, un fabricante inteligente podría equipar máquinas en unas pocas plantas con sensores conectados a internet, y luego usar un único sistema de software para evaluar remotamente si las máquinas necesitan mantenimiento en lugar de visitar cada una en persona para hacer esa evaluación. Las ventajas de los sistemas ciber-físicos incluyen más eficiencia, seguridad y la capacidad de adaptar los procesos a las condiciones cambiantes, como descubrió la empresa de realización de productos Noble Plastics después de implementar la tecnología IoT para impulsar el rendimiento y la configuración de las máquinas de forma remota.
4. Internet de servicios
Este concepto es una extensión del IoT. Algunas empresas construyen servicios de software analítico para su maquinaria y los venden a los clientes. Por ejemplo, Siemens ofrece a sus clientes su software llamado Insights Hub, que permite monitorear máquinas individuales de fábrica con métricas que incluyen rendimiento diario, tiempo inactivo y estado de mantenimiento. Los fabricantes pueden usar estos conocimientos para, por ejemplo, elegir la mezcla adecuada de máquinas para completar un pedido inesperado y urgente. En otro ejemplo, el software de monitoreo remoto del proveedor suizo de energía y control ABB permite a los técnicos en instalaciones de energía solar prever la producción y gestionar el equipo de forma remota. Los clientes pueden comprar tanto la maquinaria de la planta como el software a ABB.
5. Integración de sistemas
Aprovechar los datos del IoT requiere la integración de aplicaciones y el intercambio de esos datos entre varios sistemas, incluidos bases de datos, aplicaciones ERP y software de analíticas. Las conclusiones derivadas de los análisis de esos datos deben compartirse entre departamentos, incluidos compras, producción, ventas y servicio; por ejemplo, permitir que las líneas de ensamblaje y pintura se coordinen con el envío o mantener a los supervisores actualizados sobre el estado de las máquinas. Titan Wheel, que fabrica ruedas de servicio pesado para equipos agrícolas y de construcción, utiliza tecnología IoT con software ERP en la nube y de gestión de la cadena de suministro para registrar piezas que salen de una línea, ofreciendo a los equipos una vista en tiempo real de la disponibilidad del inventario y eliminando un cuello de botella en el envío.
6. Computación en la nube/perimetral
Los fabricantes industriales utilizan servicios de computación y almacenamiento de datos en la nube para procesar y almacenar las enormes cantidades de datos provenientes de máquinas conectadas, y aplicar analíticas avanzadas a esos datos para tomar mejores decisiones. La próxima generación de soluciones de computación perimetral, como Oracle Roving Edge Infrastructure, llevará las capacidades de la nube a las líneas de producción.
7. Analíticas de big data e IA
La analítica de big data, con la ayuda de IA y ML, obtiene insights de las enormes cantidades de datos que generan las fábricas inteligentes, y los fabricantes utilizan esta información para tomar decisiones. Por ejemplo, un fabricante podría analizar patrones de mantenimiento para máquinas de una determinada marca y modelo o de un año dado, junto con grandes cantidades de datos de sensores de una máquina particular en su planta, para decidir cuándo enviar a un trabajador de mantenimiento a esa máquina. La IA también puede ayudar a reconfigurar las líneas de producción basándose en la planificación y liberación de pedidos.
8 Interoperabilidad
El intercambio abierto de datos entre los sistemas de TI y los equipos industriales es la piedra angular de la industria 4.0. El software en las fábricas y los centros de datos de computación en la nube necesita poder leer la información de las redes de sensores para alimentar la toma de decisiones autónoma y mejorar la producción.
9. Robots
La precisión y utilidad de los robots están mejorando en una variedad de entornos de fabricación que requieren que las máquinas y los humanos trabajen lado a lado o que los robots manejen tareas delicadas. En entornos industriales, los brazos robóticos colaborativos se pueden acelerar para ganar eficiencia durante ciertos momentos del proceso de ensamblaje y luego ralentizarse cuando los operadores se acercan para colocar nuevas piezas en un palé. Los robots industriales pueden funcionar durante turnos consecutivos, ayudando a las empresas a abordar una escasez de trabajadores en la línea de ensamblaje en medio de un aumento en los volúmenes de pedidos.
10. Ciberseguridad
Las máquinas de las fábricas se reemplazan solo una o dos veces cada 10 años, mientras que los sistemas de TI se actualizan con mucha más frecuencia. Esa disparidad crea posibles problemas de seguridad ya que las máquinas están expuestas a internet abierto. Sin embargo, la computación en la nube puede reforzar la seguridad, ya que el software entregado como servicio se mantiene continuamente actualizado. Los proveedores de servicios en la nube pueden ofrecer servicios de seguridad que analizan las posibles vulnerabilidades de las máquinas conectadas y recomiendan soluciones. Las configuraciones de red privada LTE y 5G, en las que un fabricante posee y controla el espectro de radio utilizado para transmitir datos de sensores, también pueden fortalecer la seguridad del IoT de una empresa.
Aprovecha las ventajas de la industria 4.0 con Oracle
Los fabricantes pueden obtener más información sobre cómo mejorar sus operaciones utilizando el software de la industria 4.0 de Oracle. La gestión de la cadena de suministro y las aplicaciones del ERP permiten a los fabricantes capturar y analizar datos de la producción para apoyar sus configuraciones de fábricas inteligentes. Las aplicaciones permiten a los equipos diseñar visualmente los procesos de producción y proporcionan a los técnicos paneles de control móviles para rastrear el progreso del trabajo. El software de manufactura de modo mixto maneja tanto el procesamiento discreto como el masivo en la misma instalación. Los supervisores de producción pueden ver resúmenes del progreso del trabajo, problemas e informes de calidad en una PC, tablet o teléfono y generar listas de piezas o historiales de calidad con facilidad.
Oracle Fusion Cloud Internet of Things Intelligent Applications incluye módulos que permiten a los fabricantes usar datos de sensores para monitorear el trabajo en progreso y prevenir tiempos de inactividad no planificados; mantenimiento predictivo para soportar el tiempo de actividad; logística conectada para monitorear sistemas de transporte y almacenes; y seguridad en el lugar de trabajo. El sistema de ejecución de manufactura (MES) de Oracle permite a las empresas monitorear las actividades de producción con KPI y medidas del estado de la producción. El sistema ayuda a los equipos a aumentar la productividad priorizando actividades importantes y ayudando a detectar aquellas que generan desperdicios. La captura automática de datos ayuda a los operadores de producción a dedicar más tiempo a la manufactura y menos a la elaboración de informes.
Preguntas frecuentes sobre los componentes de la industria 4.0
¿Cuál es la diferencia entre la industria 4.0 y el IoT?
El internet de las cosas conecta máquinas y procesos a través de una red de TI. Es solo un componente de una configuración de industria 4.0, que también incluye software potente para analizar los datos que provienen de la red y automatizar decisiones basadas en ese análisis.
¿Cómo puede la industria 4.0 ayudar a mi empresa?
Las tecnologías que hemos discutido, cuando se implementan eficientemente, pueden mejorar la calidad del producto y los tiempos de entrega, ayudar a reducir los costos operativos, llevar a decisiones más rápidas y mejores, apoyar los objetivos ambientales de las empresas y respaldar nuevas industrias, procesos y modelos de negocio de manufactura.
¿En qué se diferencia la industria 4.0 de la producción lean?
La manufactura lean, en la que las empresas reciben materias primas en el momento en que las necesitan y trabajan continuamente para eliminar el desperdicio en sus procesos, tiene sus raíces en los sistemas de manufactura de posguerra de Toyota. Desde entonces, ha sido ampliamente adoptada. La industria 4.0 expande ese principio, incorporando máquinas en red y analíticas basadas en software para aplicar aprendizajes en un enfoque que apoya tanto los objetivos empresariales como industriales.