Industria 4.0

¿Qué es la Industria 4.0 y la cuarta revolución industrial?

El término Industria 4.0 hace referencia a la cuarta revolución industrial y a la transformación ciberfísica de la fabricación. El nombre se inspira en Industrie 4.0 de Alemania, una iniciativa gubernamental para promover la fabricación conectada y la convergencia digital de la industria, las empresas y otros procesos.

La Industria 4.0 abarca una larga lista de tecnologías en evolución. Aunque puede definirse en términos sencillos, el número de sistemas y herramientas que entran en esta categoría tiende a ser cambiante.

Entre estas tecnologías se encuentran la robótica, la inteligencia artificial (IA), el Internet de las cosas (IoT) y la automatización. La Industria 4.0 también se conoce como fabricación inteligente porque estas tecnologías se implementan para ayudar en la fabricación y en los entornos de las líneas de producción industrial. Sin embargo, la Industria 4.0 tiene otros casos de uso en el mundo real, como la gestión de la cadena de suministro, la logística, el almacenamiento y la ciberseguridad.

Historia y evolución de la Industria 4.0

La primera revolución industrial tuvo lugar a finales del siglo XVIII, cuando el vapor y la energía hidráulica hicieron posible la mecanización. Las locomotoras son un buen ejemplo de cómo la energía del vapor transformó el transporte.

La segunda revolución industrial se produjo a principios del siglo XX con la llegada de la electricidad, que hizo posible las cadenas de montaje, la producción en masa y la división del trabajo. La tercera revolución industrial se produjo a principios de los años 70, cuando el uso de las computadoras y la digitalización permitieron automatizar aún más las máquinas y los procesos de producción.

La cuarta revolución industrial podría describirse mejor como una extensión de la tercera revolución. La Industria 3.0 introdujo las computadoras en el proceso de fabricación, y la Industria 4.0 se centra en conectar esas computadoras entre sí. Sin embargo, la Industria 4.0 va más allá de lograr que los sistemas de la planta de producción se comuniquen. Cuando se aplica plenamente, proporciona una funcionalidad que permite fábricas inteligentes y fabricación digital .

Industria 4.0 e IoT

Las tecnologías de IoT son una parte clave de la Industria 4.0 y una tendencia importante de la última década. IoT es la capacidad de conectar dispositivos informáticos no tradicionales a Internet o redes privadas.

IoT suele referirse a dispositivos inteligentes y conectados de consumo, como termostatos y electrodomésticos conectados a Internet. Sin embargo, los fabricantes también han adoptado el concepto y han desplegado un gran número de sensores inteligentes conectados en fábricas y otras instalaciones industriales. El uso de estos sensores se conoce como Internet industrial de las cosas (IIoT).

El IIoT es un factor clave de la Industria 4.0, pero también suele utilizar otras tecnologías conectadas, como máquinas inteligentes y sistemas ciber-físicos. Todos estos sistemas trabajan juntos para alcanzar nuevos niveles de automatización.

¿Cuáles son las aplicaciones de la Industria 4.0?

La Industria 4.0 se puede aplicar a todos los niveles del proceso de fabricación, desde el desarrollo del producto hasta el final de su vida útil. Entre los casos de uso específicos de estas tecnologías se incluyen los siguientes:

• Mantenimiento predictivo de equipos cruciales. Los sensores IIoT integrados en equipos industriales utilizados para líneas de producción y servicios públicos pueden supervisar el rendimiento y detectar anomalías que indiquen la necesidad de mantenimiento y actualizaciones.
• Recopilación y análisis de datos en tiempo real. Los dispositivos IIoT transmiten datos en tiempo real a plataformas de IA y aprendizaje automático donde se analizan para identificar cualquier amenaza o fallo potencial, así como oportunidades para mejorar la eficiencia. Las fábricas equipadas para analizar grandes cantidades de datos y utilizarlos para tomar decisiones automatizadas se conocen como fábricas inteligentes.
• Visibilidad de la cadena de suministro. El seguimiento a larga distancia de las mercancías a medida que se desplazan por la cadena de suministro se puede lograr con dispositivos físicos, computación en la nube para la transmisión y el almacenamiento de datos y paneles de control de software que brindan a los trabajadores la información que necesitan. La Industria 4.0 también facilita la obtención de materias primas utilizadas en la fabricación de un producto.
• Fabricación aditiva y digital. La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, puede mejorar la creación de prototipos, la personalización y otros aspectos de la fabricación de nuevos productos. Los trabajadores pueden modificarlos digitalmente y agregar detalles según sea necesario.
• Gestión de inventario. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático pueden procesar datos sobre las compras de productos para hacer predicciones sobre qué inventario necesitarán los clientes, optimizando así la gestión de inventario. Esto mitiga los retrasos y mejora la experiencia del cliente.
• Realidad aumentada. Los dispositivos de realidad aumentada proporcionan datos e instrucciones a los trabajadores desde ubicaciones remotas para ayudarles a operar estén donde estén en una instalación. Además, mejora la formación de los nuevos empleados mediante simulaciones de situaciones reales.
• Sostenibilidad. La tecnología de la Industria 4.0 puede ayudar a regular el consumo de energía, identificar formas de reducir la contaminación emitida por la maquinaria y supervisar los activos físicos que proporcionan energía sostenible.

Industria 4.0 y sostenibilidad

La Industria 4.0 puede desempeñar un papel fundamental para que las fábricas y plantas sean más sostenibles. Por ejemplo, los sensores IIoT y las redes de TI en las que operan pueden monitorear el uso de energía para que la maquinaria utilizada en un sitio en particular pueda reducir el consumo de energía. Además, los algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático pueden analizar datos sobre el uso de recursos en un sitio determinado para identificar oportunidades de mejora de la eficiencia operativa.

Las tecnologías de la Industria 4.0 no solo monitorean los sistemas de fabricación tradicionales, sino que también pueden monitorear fuentes de energía sostenibles, como la generación de energía eólica, solar e hidroeléctrica, para ayudar a las iniciativas de sostenibilidad. En este tipo de sistemas, los dispositivos IoT distribuidos se sitúan en ubicaciones remotas donde se utilizan para proporcionar información sobre mantenimiento predictivo y otras cuestiones para las fuentes de energía renovables. Los dispositivos pueden utilizar los datos que recogen para tomar decisiones de mantenimiento en algunos casos, y en otros, transmiten los datos a los trabajadores que toman decisiones basadas en los datos.

¿Qué tecnologías impulsan la Industria 4.0?

La convergencia de varias tecnologías está impulsando la Industria 4.0, entre las que se incluyen las siguientes:

• IIoT y el uso de sensores.
• Big data y análisis predictivo.
• IA y aprendizaje automático.
• Redes de área extensa de baja-potencia para redes de máquina-a-máquina e IoT.
• Convergencia TI/OT.
• Interfaces táctiles, de voz y sistemas de realidad aumentada.
• Robótica avanzada.
• Impresión 3D y fabricación aditiva.
• Computación en la nube.

Esencialmente, todas estas nuevas tecnologías se crearon para que los seres humanos interactúen con las máquinas, para que las máquinas se comuniquen entre sí y para lograr objetivos más complicados. También permiten que los datos informen y optimicen todos los procesos de fabricación y conducen a procesos más interconectados, que van desde el diseño hasta el final del ciclo de vida del producto.

¿Cuáles son los beneficios de la Industria 4.0?

La Industria 4.0 ofrece numerosos beneficios a las organizaciones que deciden implementarla, entre ellos, los siguientes:

• Mayor visibilidad de los procesos. Por ejemplo, los conceptos de la Industria 4.0 pueden permitir a los fabricantes de equipos originales ver cómo los clientes utilizan un producto en comparación con cómo se espera que lo utilicen.
• Monitoreo mejorado de la maquinaria. Los datos de los sensores pueden ayudar a una organización a monitorear un proceso de fabricación en tiempo real. A continuación, estos datos pueden compararse con un gemelo digital (una simulación que funciona con una eficiencia perfecta) para determinar dónde podría mejorarse el proceso.
• Formación avanzada. Algunas organizaciones han aplicado los conceptos de la Industria 4.0 a la formación de los empleados. Estos programas de capacitación utilizan la realidad aumentada para enseñar a los empleados a operar maquinaria y a evitar prácticas inseguras antes de que se les permita ingresar a la fábrica. La capacitación basada en realidad aumentada también se utiliza en áreas como la extinción de incendios y los primeros auxilios.
• Evitar tiempos de inactividad. Antes de la adopción de la Industria 4.0, el mantenimiento de la maquinaria industrial se basaba en las recomendaciones del fabricante. Sin embargo, con la tecnología de la Industria 4.0, la maquinaria equipada con sensores puede supervisar el estado de la maquinaria de la fábrica de forma continua. Esto permite a las organizaciones anticiparse a los problemas antes de que se produzcan y tomar medidas correctivas de forma proactiva. En algunos casos, las máquinas pueden incluso realizar automáticamente un pedido de piezas de repuesto cuando sea necesario. Todo esto junto puede ayudar a una organización a evitar costosas interrupciones que perturban el proceso de fabricación y provocan tiempos de inactividad.
• Mayor productividad. La tecnología digital que se utiliza en las plantas de producción está vinculada a los sistemas de datos corporativos de back-end, lo que permite realizar análisis de big data sobre los datos asociados con el proceso de fabricación. Estos análisis avanzados pueden ayudar a la organización a detectar tendencias y obtener información que la ayude a ser más productiva y rentable.
• Reducción de costos. La tecnología de la Industria 4.0 puede detectar y prevenir problemas como fallas de equipos y uso excesivo de recursos, y potencialmente reducir costos.

¿Cuáles son los retos de la Industria 4.0?

Las organizaciones que adoptan la tecnología de la Industria 4.0 también se enfrentan a desafíos, entre ellos los siguientes:

• Costo. Los costos iniciales de compra e implementación de software y activos físicos de la industria 4.0 pueden ser onerosos, en particular para las pequeñas y medianas empresas.
• Interoperabilidad. En un principio, uno de los principales retos para las organizaciones que querían implementar la Industria 4.0 era la interoperabilidad. Las máquinas y los sensores de las plantas de producción solían utilizar protocolos diferentes, lo que dificultaba la comunicación entre dispositivos conectados. Sin embargo, a medida que la Industria 4.0 se adopta cada vez más, han surgido estándares.
• Seguridad. En el pasado, los sistemas de las fábricas solían ser patentados y era raro que estuvieran conectados entre sí o con sistemas informáticos back-end. Los proveedores que creaban estos sistemas rara vez daban prioridad a la seguridad en sus esfuerzos de desarrollo. Sin embargo, la conectividad entre los dispositivos y los recursos informáticos puede exponerlos a los mismos ciberataques que han asolado durante mucho tiempo a los dispositivos informáticos tradicionales. Además, un sistema de TI comprometido puede proporcionar a un atacante una vía a través de la cual atacar los recursos utilizados en la planta de producción.
• Complejidades de configuración. La configuración incorrecta de redes y dispositivos da lugar a procesos defectuosos o no funcionales. Configurar todo correctamente puede ser un proceso complejo y requiere empleados capacitados para realizarlo.
• Disrupciones. Pueden ocurrir por muchas razones, incluidas amenazas a la ciberseguridad, fallas en los equipos y desastres naturales. La tecnología de la Industria 4.0 es tan vulnerable a estos problemas como la tecnología anterior.

El futuro de la Industria 4.0

La Industria 4.0 es una revolución digital que evoluciona lentamente. Muchas organizaciones han comenzado a utilizar estas tecnologías, pero otras dudan por razones que van desde el costo hasta la incertidumbre sobre el valor. A medida que se hagan evidentes las eficiencias y los beneficios de estas tecnologías, más empresas las adoptarán.

Se necesitará tiempo para superar los obstáculos asociados con la Industria 4.0, como las necesidades de upskilling, para que los empleados puedan usar adecuadamente estas herramientas y sistemas. El auge de la IA y el aprendizaje automático en la corriente principal es un excelente ejemplo de lo disruptiva que puede ser la tecnología de la Industria 4.0 para un modelo de negocio. Por ejemplo, los trabajadores que antes tenían la tarea de analizar grandes conjuntos de datos (en mercados como la atención médica, el comercio minorista y la fabricación) pueden ser reemplazados por algoritmos de aprendizaje automático que brindan información y predicciones.

Algunos expertos del sector están hablando de la Industria 5.0, que se centra menos en la transformación digital y el crecimiento económico de la industria manufacturera y más en permitir que las personas y las máquinas trabajen juntas de la manera más eficaz posible para el bienestar de los trabajadores humanos. Se trata de una realidad más lejana, ya que el mundo se encuentra actualmente en las primeras etapas de la Industria 4.0. Aun así, el objetivo es que las máquinas se encarguen de los procesos automatizados para que las personas puedan centrarse en otras cuestiones, como la innovación de productos, la ciberseguridad, los desafíos climáticos y la sostenibilidad. Queda por ver cuándo se hará realidad esta visión y cuántas empresas la conseguirán.