El concepto de Industria 4.0 no es nuevo en el entorno y la documentación de fabricación modernos. Ha existido desde que fue introducido por parte del gobierno alemán en 2006 como su visión estratégica de alta tecnología para el país y la economía en conjunto. Fue una hoja de ruta para que la industria manufacturera alemana se volviera más competitiva a nivel mundial y una forma de transformar digitalmente su sociedad. Con el paso de los años, el concepto empezó a ganar interés también en otras partes del mundo, especialmente con la introducción de innovaciones de alta tecnología que ahora son una de las piedras angulares y aceleradores del concepto de Industria 4.0, es decir, el Internet de las cosas (IoT), la computación en la nube, el big data y la inteligencia artificial. Se trata de un cambio tan importante en el mundo industrial que la Industria 4.0 también se considera generalmente como la cuarta revolución industrial.
INDUSTRIA 4.0 EN POCAS PALABRAS
La Industria 4.0, también conocida en el mundo industrial como Smart Factory (fábrica inteligente), es una transformación de la fabricación mediante grandes cantidades de información, con los datos como eje central del concepto. En pocas palabras, se trata de una interconexión del mundo físico (máquinas, materiales, personas, etc.) con el mundo digital (ordenadores, datos, sistemas informáticos, etc.) a través de sistemas ciberfísicos (de producción), o CP(P)S. Estos últimos permiten la recopilación, el análisis y el control de datos en tiempo real no solo del entorno de producción, sino de toda la cadena de suministro, desde las materias primas hasta el consumidor final, con la ayuda de herramientas de IoT. Es un sistema informático que integra un objeto físico en los correspondientes algoritmos basados en la nube. De esta manera, cada dispositivo tiene su propio gemelo digital que refleja el dispositivo en el mundo físico y puede simular el estado de todo el sistema, permitiendo así la optimización y predicción en tiempo real para tomar decisiones autónomas y acelerar el diseño y la fabricación de productos. En otras palabras, con la ayuda de gemelos digitales, las empresas pueden simular rápidamente y a bajo coste cualquier parte de un proceso de producción, máquina o producto en un mundo virtual y optimizarlo antes de fabricarlo.
Además, en el concepto de Industria 4.0, toda la cadena de suministro está interconectada horizontalmente (desde el primer proveedor hasta el consumidor final) y verticalmente (desde el nivel de campo hasta el nivel de planificación empresarial). Con esta interconectividad, toda la cadena de suministro y el entorno de producción deberían alcanzar cierto nivel de autonomía y, con la ayuda de la IA, poder aprender de todos los datos recopilados, controlarse por sí solos y proporcionar la información necesaria y oportuna a todos los interesados en el proceso de producción (o cadena de suministro) para lograr la mejor productividad, eficiencia, flexibilidad, calidad y velocidad posibles, considerando al mismo tiempo la retroalimentación del cliente. Por lo tanto, los sistemas son capaces de predecir problemas potenciales antes de que surjan: pasar del mantenimiento preventivo al predictivo, rastrear y optimizar los activos a medida que avanzan a lo largo de la cadena de suministro, simular procesos con datos en tiempo real, las máquinas se comunican y se mueven de forma autónoma, etc. Las posibilidades y beneficios del concepto de Industria 4.0 son realmente innumerables y, en algunos casos, considerando el estado actual de la tecnología y la legislación en todo el mundo, prácticamente futuristas. También hay un acuerdo generalizado de que la Industria 4.0 no solo se centra en los parámetros basados en la producción mencionados anteriormente, sino que su concepto debería ir más allá y conducir a modelos de negocio completamente nuevos, que se supone que son uno de los principales resultados de la cuarta revolución industrial. Uno de esos modelos es la personalización masiva, en la que las empresas pueden producir productos (parcialmente) personalizados para sus clientes, pero con la ayuda de tecnologías de la Industria 4.0, manteniendo bajos los costes unitarios de producción en masa.
CUATRO NIVELES DE INTEGRACIÓN TECNOLÓGICA
Como se mencionó al principio, la Industria 4.0 no es un concepto que existe por sí solo o una tecnología independiente, sino más bien un sistema respaldado por una serie de tecnologías que, en conjunto, aceleran, respaldan y dan lugar al concepto de fábrica inteligente. Podríamos considerarlo como el nivel máximo de integración tecnológica en un entorno industrial. Para entender esto mejor, podemos considerar el concepto de Industria 4.0 como cuatro niveles de integración tecnológica, siendo los objetos inteligentes el primer nivel y el más básico.
Imagen 1: Concepto de Industria 4.0 de «Smart Factory» (según Padovano, A. et al, 2018): muestra cuatro niveles de integración tecnológica que conducen a una fábrica inteligente y coloca el conocimiento derivado de los datos de CPPS como facilitador claveLos objetos inteligentes son dispositivos de campo, máquinas, equipos y productos equipados con su propia inteligencia local en forma de microprocesadores, software, PLC, sensores, etc., que les permiten recopilar datos sobre sí mismos y su entorno. La conexión de estos objetos inteligentes mediante redes de sensores inalámbricos a través de Internet dio origen al Internet (industrial) de las cosas (IIoT), creando una red de objetos físicos que pueden conectarse y cooperar entre sí. Respaldada por una solución de software, la red IoT ya ofrece la capacidad de controlar y analizar el entorno de producción. En una planta de producción farmacéutica moderna, podríamos imaginar al IIoT como una red de máquinas de producción, donde cada una de ellas es capaz de comunicarse con el resto del entorno de producción, enviando y recibiendo datos desde el sistema de producción central u otras máquinas que forman parte del mismo proceso productivo.
Con la introducción de tecnologías como la computación en la nube, la inteligencia artificial, el análisis de big data, etc., las capacidades del concepto de IoT alcanzaron un nivel completamente nuevo. Las nuevas tecnologías permitieron una integración mucho mayor de componentes físicos y de software y dieron origen a los sistemas ciberfísicos (CPS) y su gemelo digital. Los CPS son como el IoT dopado de esteroides, ya que, en general, volvemos a hablar de una red de objetos (cosas) inteligentes que recopilan su propia información y la información del entorno, pero esta vez la información se envía a un sistema informático especial que crea réplicas cibernéticas del sistema físico en tiempo real. Este sistema tiene enormes capacidades computacionales y calcula todos los datos recibidos, notifica los hallazgos a los sistemas físicos, reconfigura los parámetros del sistema, envía comandos de control, etc., todo esto de forma independiente y autónoma. Sin embargo, toda esta potencia computacional y entorno autónomo no sirve de nada si no somos capaces de mejorar el rendimiento industrial y, lo más importante, la toma de decisiones basada en la información recopilada por todo el sistema. Son el conocimiento y la información recopilados por todos los niveles de soporte los que crean la fábrica inteligente, lo cual conduce a nuevos modelos de negocio, conocimientos sobre la cadena de suministro y el entorno de producción. Uno de estos ejemplos es el aumento de productividad del 1,400 % en una de las fábricas inteligentes de Siemens en Amberg, Alemania.
La Industria 4.0 es una transformación del entorno industrial impulsada por la información que brinda numerosas oportunidades al mundo industrial. Con su interconexión de los mundos físico y digital, respaldada por los últimos avances tecnológicos de última generación, las empresas ahora tienen la oportunidad de llevar sus (modelos de) negocios al siguiente nivel.
Fuentes:
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