¿En qué consisten la fábrica inteligente y la fabricación inteligente?

Los fabricantes están aprovechando las últimas innovaciones digitales para repensar sus operaciones. En una encuesta realizada en 2023 por Sapio Research y Rockwell Automation a 1.350 fabricantes de 13 países, el 97% de los encuestados afirmaron que tienen previsto utilizar tecnologías de fabricación inteligente -que pueden incluir desde robótica hasta Internet de las cosas (IoT)- en los próximos uno o dos años.

Aunque estas inversiones proporcionan beneficios inmediatos al aumentar las prácticas de automatización convencionales, también sientan las bases para que los fabricantes reimaginen el funcionamiento de sus instalaciones mediante la creación de fábricas inteligentes, que hacen hincapié en la interconectividad de los sistemas y el intercambio de datos, ayudándolos a producir bienes más rápidamente y con menos defectos, al tiempo que reducen aún más los costos.

¿Qué es una fábrica inteligente?

Una fábrica inteligente utiliza sistemas y maquinaria interconectados para generar datos, a menudo en tiempo real, con el fin de mejorar los procesos de producción de principio a fin y ayudar a los operarios de las máquinas, supervisores de línea, ingenieros, ejecutivos de la empresa y otros a tomar mejores decisiones. Las máquinas y dispositivos de las fábricas inteligentes también generan datos sobre su propia salud para poder aplicarles mantenimiento antes de que se averíen.

Cabe señalar que las fábricas llevan muchos años utilizando la robótica y la automatización. Sin embargo, esas instalaciones no se consideran fábricas inteligentes a menos que utilicen sistemas y máquinas totalmente integrados, que aúnen los mundos físico y digital. Las fábricas inteligentes a menudo implementan robótica avanzada y, a veces, impresión 3D. Son la manifestación del mundo real del concepto más amplio de fabricación inteligente.

¿Qué es la fabricación inteligente?

La fabricación inteligente es el concepto de uso de tecnologías para coordinar los procesos físicos y digitales dentro de las fábricas y en toda la cadena de suministro de la fabricación. Esos procesos incluyen el abastecimiento de materiales, la logística, la producción y la eliminación. Los principales objetivos de la fabricación inteligente son mejorar el rendimiento operativo y responder rápidamente a las fluctuaciones de la oferta y demanda.

Conclusiones clave

• La fabricación inteligente es el concepto de utilizar tecnologías totalmente integradas para recopilar datos y digitalizar los procesos dentro de las fábricas y en toda la cadena de suministro de la fabricación.
• Las fábricas inteligentes son la manifestación en el mundo real del concepto de fabricación inteligente.
• La inteligencia artificial, el aprendizaje automático, el Internet de las cosas y la robótica avanzada hacen funcionar la mayoría de las fábricas inteligentes.
• Las fábricas inteligentes atraen a los fabricantes porque pueden reducir costes, mejorar la eficiencia, permitir que la producción se amplíe rápidamente en función de los cambios de la demanda, reducir la dependencia de los trabajadores y disminuir los defectos de los productos.

Explicación sobre fábrica inteligente y fabricación inteligente

Si bien los términos fabricación inteligente y fábricas inteligentes a menudo se usan indistintamente, son diferentes. La fabricación inteligente es el concepto de utilizar tecnologías avanzadas y conectadas para coordinar los procesos físicos y digitales dentro de las fábricas y en toda la cadena de suministro con el fin de mejorar el rendimiento. Las fábricas inteligentes llevan esa idea a la práctica, utilizando datos recogidos de equipos conectados en red e integrados con sensores -lo que se conoce como Internet Industrial de las Cosas (IIoT)- combinados con robots y líneas de montaje automatizadas. Por ejemplo, una fábrica inteligente puede detectar posibles errores de producción en una fase temprana mediante sensores incorporados o conectados a las máquinas e indicar a un robot que intervenga antes de que se produzca un problema. Avances tecnológicos como estos impulsan la Cuarta Revolución Industrial, comúnmente denominada Industria 4.0.

El objetivo final de una fábrica inteligente es acelerar los procesos y eliminar errores. Incluso con la automatización inteligente de la fábrica, las personas siguen desempeñando un papel vital. Los operarios de línea, por ejemplo, pueden seguir los datos de producción en un dispositivo móvil y decidir cargar una máquina de forma diferente en función de los datos, lo que ayuda a mejorar el rendimiento de la máquina o de toda una línea de producción.

¿Cómo funcionan las fábricas inteligentes?

Las fábricas inteligentes se basan en una red de sensores y software para recopilar y compartir datos en cada paso del proceso de fabricación, ayudando a los fabricantes a acelerar la producción y mejorar la calidad de los productos y el mantenimiento de los sistemas. Por ejemplo, en una fábrica, un contenedor de una línea de producción puede estar equipado con un sensor que active una solicitud de rellenado cuando le queden pocas provisiones, lo que hace que un robot entregue nuevas provisiones justo a tiempo para evitar retrasos. Además, las máquinas generan continuamente datos sobre su propia salud, lo que permite predecir las necesidades de mantenimiento y reducir las averías. Las máquinas conectadas de una fábrica inteligente también evitan defectos al detectar problemas con los materiales.

Estructura y niveles de fábrica inteligentes

Generalmente evolucionan en los siguientes cuatro niveles o etapas. La mayoría de las fábricas hoy en día están en el nivel 1.

Beneficios de una fábrica inteligente

El mercado mundial de tecnología de fabricación inteligente, que engloba las ventas de sensores, robots, software avanzado y otros activos tecnológicos, crecerá de 254.240 millones de dólares en 2022 a 787.540 millones de dólares en 2030, según estima Grand View Research. Los fabricantes invierten en esta tecnología porque buscan las siguientes ventajas:

• Costos más bajos. Las fábricas inteligentes reducen los costes principalmente al disminuir el número de empleados, los errores humanos, los defectos de los productos y los residuos, y al prolongar la vida útil de las máquinas mediante un mantenimiento predictivo.
• Toma mejores decisiones más rápidamente. Los datos recopilados de los sensores y analizados posteriormente en todas las fases del proceso de fabricación, incluida toda la cadena de suministro, ayudan a los ejecutivos, directivos y trabajadores de cada fase a tomar decisiones más informadas y rápidas. Los profesionales de la cadena de suministro, por ejemplo, podrían revisar la recomendación de una fábrica inteligente de pedir más materiales y, si están de acuerdo, decidir cuándo debe llegar un envío. O podrían revisar los datos disponibles y decidir cambiar el algoritmo que hace las recomendaciones para que las futuras se ajusten más a lo que necesita el fabricante.
• Mejorar la eficiencia. La eficiencia de la fabricación suele referirse a la calidad y eficacia del trabajo realizado, no tanto a la cantidad de producción (productividad). Como tales, las tecnologías de fábrica inteligente impulsan la eficiencia principalmente minimizando las redundancias en los procesos, automatizando las tareas repetitivas, reduciendo el tiempo y los materiales desperdiciados, minimizando los tiempos de inactividad y reponiendo los inventarios en función de las carencias previstas.
• Lograr más con menos personas. Aunque las personas siguen desempeñando un papel importante en las fábricas inteligentes, los procesos automatizados permiten a los fabricantes realizar más trabajo con menos empleados. Se trata de una consideración importante, dado que unos 2,1 millones de puestos de trabajo en la industria manufacturera de Estados Unidos quedarán sin cubrir de aquí a 2030 por diversas razones demográficas, económicas y de otro tipo, según prevé la Asociación Nacional de Fabricantes.
• Disminuir el impacto ambiental. Al utilizar los materiales de forma más eficiente con la ayuda de tecnologías inteligentes y conectadas, las fábricas inteligentes ayudan a los fabricantes a disminuir los residuos que acaban en los vertederos, reduciendo su huella de carbono. Los fabricantes también pueden priorizar el uso de materiales y componentes sostenibles, rastreando los orígenes y el transporte de esos bienes mediante tecnologías blockchain y de identificación por radiofrecuencia (RFID).

Tecnologías de fábrica inteligente

En una encuesta de 2023 realizada por EY, el 97 % de los directores generales de fabricación industrial afirmaron que continuar con los proyectos de transformación digital y tecnológica es una prioridad a corto plazo. Estos proyectos a menudo implican las siguientes tecnologías.

• Sensores. Los sensores son dispositivos que los fabricantes colocan en las máquinas o sobre ellas en la fábrica inteligente para recopilar datos sobre diversos factores, como la temperatura, las vibraciones, la presión, el par, la proximidad y el movimiento. Los sensores son el núcleo delInternet de las Cosas Industrial
• Internet de las cosas industrial (). Los supervisores y operarios de fabricación utilizan los datos recopilados de las máquinas y otros objetos conectados a Internet en la fábrica para analizar el estado físico, el desempeño y la producción de esos activos, así como los procesos de producción a los que dan soporte. A continuación, pueden aplicar correcciones de máquinas y procesar ajustes según sea necesario. Por ejemplo, los sensores conectados a IIoT pueden alertar a los colaboradores sobre futuros problemas de mantenimiento detectando vibraciones inusuales o cambios de temperatura en una máquina. Con el mantenimiento predictivo, los fabricantes pueden evitar costosos tiempos de inactividad y daños en las máquinas interviniendo antes de que surja un problema. Una encuesta realizada en 2022 por IIoT World reveló que el 67 % de los fabricantes han desplegado o están desarrollando una estrategia de IIoT.
• Computación en la nube. Computación en la nube es la base tecnológica de la mayoría de las fábricas inteligentes, donde viven los datos, las aplicaciones y la infraestructura subyacente. Los servicios en la nube ofrecen varias ventajas clave. Se pueden escalar fácilmente según las necesidades del fabricante. Las nuevas funciones de las aplicaciones, así como las mejoras de rendimiento y de otro tipo, se ofrecen automáticamente a través de Internet, sin que los equipos informáticos de los fabricantes tengan que realizar costosas actualizaciones que requieren mucho tiempo. Se puede acceder a los servicios en la nube desde cualquier lugar y, por lo general, cuentan con una sólida seguridad y copias de seguridad. Y los fabricantes sólo pagan por la capacidad de las aplicaciones y la infraestructura que necesitan y utilizan.
• Big data. Los fabricantes recopilan y analizan cantidades masivas de datos, lo que se conoce como big data, en sus fábricas inteligentes. Entre las aplicaciones que admiten los sistemas ERP robustos se encuentran el mantenimiento predictivo, la detección de anomalías, los controles de calidad, la reducción de residuos, la mejora de procesos y la previsión de mercados. Por ejemplo, en previsión de un aumento previsto de la demanda de un determinado producto, un fabricante podría dedicar más líneas de montaje a ese producto y/o acumular más existencias de las que tendría en caso contrario.

Ejemplos de fábrica inteligente

Las fábricas inteligentes siguen siendo una aspiración para la mayoría de los fabricantes, pero los primeros en adoptarlas están mostrando el camino a seguir.

Por ejemplo, LG Electronics, cuyo Smart Park de Changwon (Corea del Sur) ha sido designado fábrica "Faro" por el Foro Económico Mundial por su eficiencia de producción, seguridad y bajo impacto ambiental. Dentro de la fábrica, que fabrica electrodomésticos, las piezas de frigoríficos y otros aparatos se entregan a las líneas de producción mediante un sistema de transportadores aéreos o vehículos de guiado automático (AGV) gestionados a través de la red 5G de la instalación. Cada línea cuenta con un "almacén inteligente" que controla el inventario en tiempo real y solicita piezas y suministros adicionales cuando es necesario. Según la empresa, un sistema de automatización logística 3D minimiza el espacio necesario en los almacenes en un 30% en comparación con los sistemas convencionales, al tiempo que acorta el tiempo de transporte de materiales en un 25%. Los sensores instalados en el interior de las máquinas identifican posibles problemas de fabricación y ordenan a los robots que los solucionen antes de que se produzca un problema. Los robots también realizan trabajos peligrosos, como soldar y levantar equipos pesados, lo que hace que la fábrica sea más segura para los colaboradores. En 2022, LG dijo que planea aplicar estas y otras tecnologías de producción inteligente pioneras en su parque inteligente de Changwon a un total de 26 instalaciones de producción en 13 países.

Al comprar los derechos de 50 MHz de ancho de banda, el fabricante de maquinaria agrícola John Deere construyó su propia red 5G para sus fábricas del Medio Oeste, con el fin de ayudarle a analizar los datos de las líneas de producción para mejorar el montaje. Tiene previsto equipar esas fábricas con robots que puedan trabajar codo con codo con los obreros. La empresa también está creando modelos 3D o gemelos digitales de sus máquinas de producción para supervisar su rendimiento, formar a los técnicos y ayudarles en el mantenimiento de los equipos. Estos modelos son accesibles en cualquier momento en tabletas y smartphones.

En la fábrica de Ford en Dearborn (Míchigan), donde se fabrica la camioneta eléctrica F-150 Lightning, los trabajadores de la línea de producción utilizan tabletas conectadas a la red 5G de la planta para acceder a datos sobre suministros de materiales y estado de los equipos. Los vehículos individuales colocados en AGV se mueven de un grupo de trabajadores a otro. Mientras tanto, en la fábrica de vehículos eléctricos del Reino Unido, los sensores permiten a Ford capturar fotos del proceso de soldadura (los motores y baterías de los vehículos eléctricos requieren miles de soldaduras), y un análisis basado en IA determina si una soldadura concreta cumple las normas. Si no es así, la soldadura se rehace antes de que la pieza pase a la siguiente fase de producción. Esta capacidad ahorra tiempo y reduce los residuos, ya que las piezas que de otro modo quedarían inutilizables se reparan de forma rutinaria.

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Los fabricantes utilizan las soluciones de fabricación inteligente de Oracle para maximizar su productividad y eficiencia, mejorar la calidad de los productos, ajustar los calendarios de producción, evitar costosos tiempos de inactividad mediante la predicción de fallos de las máquinas y realizar un seguimiento de los bienes y procesos a lo largo de sus cadenas de suministro.

Preguntas frecuentes sobre la fábrica inteligente y la fabricación inteligente

¿Cuál es la diferencia entre fabricación inteligente y fábrica inteligente?
La fabricación inteligente es el concepto amplio de utilizar tecnologías totalmente integradas para coordinar y mejorar los procesos físicos y digitales dentro de las fábricas y en toda la cadena de suministro. Las fábricas inteligentes ponen en práctica esa idea.

¿Qué tecnologías forman parte de una fábrica inteligente?
Las fábricas inteligentes se basan en el Internet Industrial de las Cosas, mediante el cual los fabricantes recopilan y analizan los datos generados por una miríada de activos de la cadena de suministro, máquinas de fábrica y otras "cosas" para tomar mejores decisiones. También hacen uso de la IA, el aprendizaje automático, la robótica avanzada, la impresión 3D, los gemelos digitales y otras tecnologías.

¿Qué tipo de datos se deben rastrear en una fábrica inteligente?
Realizan un seguimiento de los datos de activos que se mueven a través de una cadena de suministro, máquinas de fábrica, procesos de producción y mucho más.