Fabricación inteligente e Industria 4.0: El futuro de la fabricación

Desde hace aproximadamente una década, la industria manufacturera está experimentando una gran transformación conocida como Industria 4.0, la Cuarta Revolución Industrial.

Impulsada por una serie de innovaciones tecnológicas, la Industria 4.0 está cambiando el modo en que se diseñan, fabrican y entregan los productos a los clientes.

Uno de los motores clave de la Industria 4.0 es la fabricación inteligente. Aprovechando las tecnologías, ahora las máquinas pueden comunicarse perfectamente entre sí, lo que permite flujos de trabajo más óptimos y eficientes e incluso la automatización completa de los procesos.  

La fabricación inteligente y la Industria 4.0 son dos conceptos estrechamente relacionados -ambos centrados en el uso de la tecnología para mejorar el proceso de fabricación-, pero no son lo mismo. Este artículo explorará la relación y las diferencias entre ambos, y hablaremos de ello:

• Qué es la Industria 4.0
• Qué es la fabricación inteligente
• Sinergias y distinciones entre Fabricación Inteligente e Industria 4.0
• Explorar los beneficios tangibles obtenidos mediante la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0
• Retos en la implantación de la fabricación inteligente

Y mucho más.

Sin más preámbulos, empecemos esta guía hablando de lo básico: ¿qué es la Industria 4.0 y qué es la Fabricación Inteligente?

¿Qué es la Industria 4.0?

La Industria 4.0, o Cuarta Revolución Industrial, es el actual periodo de rápida transformación de las industrias y la fabricación.

La principal fuerza motriz de la Industria 4.0 es la integración de las tecnologías físico-digitales mediante innovaciones como IoT (Internet de las Cosas),  Big Data e Inteligencia Artificial (IA) para permitir un rápido intercambio de datos, análisis avanzados y automatización.

El propio término «Industria 4.0» se acuñó por primera vez en Alemania en 2011 y desde entonces ha ido ganando adeptos como reconocimiento de que nos encontramos al borde de una nueva era industrial en la que las tecnologías digitales y los sistemas físicos pueden unir sus fuerzas en armonía como nunca antes.

Componentes clave de la Industria 4.0

Los componentes clave de la Industria 4.0 incluyen:

• Sistemas ciberfísicos (CPS)

CPS se refiere a objetos físicos (es decir, dispositivos o máquinas) que llevan incorporados software, conectividad de red y sensores.

Una característica clave de los SPI es cómo pueden comunicarse (en esencia, intercambiar datos) con otros SPI, con ordenadores y con nosotros, sus homólogos humanos.

Esta interacción digital-física difumina la línea entre los reinos digital y físico, redefiniendo la forma en que vemos la fabricación.

• Internet de las Cosas (IoT)

IoT es, en pocas palabras, el concepto según el cual los objetos físicos se conectan a Internet para poder enviar y recibir datos de otros objetos.

El IoT es un habilitador clave de la Industria 4.0, que permite a las CPS comunicarse con otras CPS y otros sistemas. 

Por ejemplo, el IoT puede conectar un termostato a una máquina para que ésta se detenga automáticamente cuando alcance una temperatura determinada.

• Grandes datos

Los SPI, las máquinas, los sensores y otros dispositivos interconectados generan, envían y reciben grandes cantidades de datos.

Un aspecto clave de la Industria 4.0 consiste en recopilar y utilizar análisis avanzados para cribar estos grandes datos con el fin de desvelar tendencias que antes eran invisibles, identificar patrones y hacer predicciones.

Por ejemplo, con la analítica de big data, los fabricantes de esta era de la Industria 4.0 pueden ahora predecir el tiempo de inactividad y las necesidades de mantenimiento, y optimizar estrategias y procesos con la orientación de los conocimientos basados en datos.

• Inteligencia Artificial (IA)

La IA se refiere a la capacidad de los sistemas y las máquinas para recopilar y analizar datos («aprender»), tomar decisiones y realizar acciones que tradicionalmente requieren inteligencia humana sin intervención humana.

En el contexto de la implantación de la Industria 4.0, la IA desempeña un papel polifacético, desde el análisis de big data hasta permitir que la automatización realice un control de calidad preciso, posibilitando la colaboración entre humanos y máquinas, y mucho más.

La IA no es un mero componente de la Industria 4.0, sino más bien la fuerza motriz cognitiva que permite la agilidad, la eficiencia y la innovación en toda la aplicación.

Qué es la fabricación inteligente

La fabricación inteligente es un subconjunto de la Industria 4.0 que se centra en el uso de tecnologías inteligentes para mejorar el proceso de fabricación. 

La principal diferencia entre Industria 4.0 y Fabricación Inteligente es que Industria 4.0 es un concepto más amplio que abarca toda la cadena de valor, desde el diseño inicial del producto hasta el proceso de fabricación y el servicio posventa. La Fabricación Inteligente tiene un alcance más limitado, y sólo se centra en el propio proceso de fabricación.  

La fabricación inteligente implica el uso de tecnologías ciberfísicas de vanguardia, análisis de grandes volúmenes de datos y automatización para crear un proceso de fabricación que no sólo sea eficiente, sino también adaptable e inteligente.

Te ayudará imaginarte que en un proceso de fabricación inteligente, las máquinas no sólo trabajan, sino que piensan.

Principios básicos de la fabricación inteligente

La Fabricación Inteligente se rige por una serie de principios:

• Interconexión: facilitar la comunicación sin fisuras entre máquinas, dispositivos, sistemas y personas, formando una red que comparte datos y conocimientos en tiempo real.

• Toma de decisiones basada en datos: todas las acciones de la fabricación inteligente deben basarse en una toma de decisiones predictiva y prescriptiva basada en datos.

• Adaptabilidad: capacidad de ajustar rápidamente los procesos y estrategias de producción en respuesta a las condiciones cambiantes. Los procesos deben optimizarse continuamente basándose en los datos y en las opiniones de los usuarios en tiempo real.

• Visibilidad: la tecnología debe permitir la visibilidad en tiempo real de las operaciones para facilitar una mayor transparencia y una toma de decisiones más informada.

Aplicaciones y ventajas reales de la fabricación inteligente

En la actualidad, la fabricación inteligente se ha utilizado en diversas aplicaciones del mundo real, entre ellas:

• Permitir el mantenimiento predictivo para reducir el tiempo de inactividad

Una importante aplicación de la fabricación inteligente en el mundo real es aprovechar los análisis de datos y las tecnologías para predecir con exactitud cuándo es necesario el mantenimiento de los equipos. La implementación de la fabricación inteligente también puede utilizarse para predecir cuándo es probable que fallen los equipos y las máquinas, de modo que podamos programar el mantenimiento preventivo.

El mantenimiento predictivo puede ofrecer numerosas ventajas:

• Reducir o incluso eliminar los tiempos de inactividad y las paradas imprevistas
• Prolongar la vida útil de los equipos garantizando un mantenimiento oportuno
• Garantizar una asignación de recursos más eficiente planificando con precisión el mantenimiento durante el tiempo de inactividad

• Supervisión en tiempo real para mejorar el control de calidad

Otra aplicación común e importante de la Fabricación Inteligente es la supervisión en tiempo real del proceso de fabricación. Podemos emplear sensores e IoT para hacer un seguimiento de la calidad del producto en cada fase del proceso de fabricación y obtener las siguientes ventajas:

• Garantizar la alta calidad del producto y la coherencia en la calidad
• Reducir el despilfarro evitando desviaciones y errores de producción
• Garantizar el cumplimiento de la normativa pertinente mediante una garantía de calidad continua y precisa

• Producción flexible y ágil mediante gemelos digitales

Podemos utilizar tecnologías de fabricación inteligente para crear gemelos digitales de productos físicos.

Un gemelo digital del producto refleja el homólogo del mundo real, por lo que puede utilizarse para simular el comportamiento del producto físico, permitiendo la experimentación y la optimización sin interrumpir el proceso de fabricación real.

Utilizar el gemelo digital puede ofrecer las siguientes ventajas:

• Permitir la prueba de prototipos en un entorno virtual sin riesgos
• Permitir el análisis del rendimiento en tiempo real para la optimización
• Facilitar la simulación de cambios en el proceso y  una solución eficaz de los problemas 

Fabricación inteligente frente a Industria 4.0: Sinergias y diferencias

Como ya se ha dicho, en el gran panorama de la tecnología y la innovación en la fabricación, la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0 suelen estar entrelazadas y estrechamente relacionadas entre sí. Sin embargo, cada una de ellas tiene características y singularidades distintas.

En primer lugar, hablemos de las similitudes entre ambos.

Fabricación inteligente frente a industria 4.0: similitudes

• Visión y objetivo: La Industria 4.0 y la Fabricación Inteligente comparten el mismo objetivo de aprovechar la tecnología para mejorar el rendimiento de la producción.

• Principios básicos: tanto la Industria 4.0 como la Fabricación Inteligente abarcan un conjunto común de principios: digitalización, automatización y utilización de datos.

• Tecnologías: ambos conceptos prosperan utilizando el IoT (Internet de las Cosas), la analítica de Big Data y la IA (Inteligencia Artificial) como columna vertebral.

• Ventajas: ambos conceptos ofrecen ventajas similares, como la mejora de la productividad, la eficacia, la calidad del producto y la flexibilidad del flujo de trabajo.

Sin embargo, también existen diferencias clave entre ambos conceptos que pueden resumirse como sigue:

Fabricación inteligente

• Enfoque: La Fabricación Inteligente se centra en optimizar únicamente el proceso de fabricación. Esto incluye optimizar los flujos de trabajo, recopilar y analizar datos relacionados con la fabricación y automatizar tareas.

• Alcance: En la mayoría de los casos, la Fabricación Inteligente sólo se aplica a nivel de fábrica.

• Tecnologías: utilizando sensores, conectividad y tecnologías de análisis de datos a nivel de fábrica.

• Objetivos: Mejorar la eficacia, la productividad, la flexibilidad y la calidad del producto en la fabricación.

Industria 4.0

• Enfoque: La Industria 4.0 tiene un enfoque más holístico en la creación de ecosistemas de producción interconectados. Conectar máquinas/equipos, sensores y personas para crear un entorno más eficiente y productivo más allá del proceso de fabricación (desde el diseño del producto hasta su distribución).

• Alcance: Tiene un alcance más amplio y puede implantarse en toda la empresa más allá del nivel de fábrica o incluso en varias empresas.

• Tecnologías: Sistemas ciberfísicos, IoT (Internet de las Cosas), IA (Inteligencia Artificial) y otras tecnologías.

• Objetivos: Crear un entorno empresarial más eficiente, flexible e inteligente más allá de la fabricación.

Como podemos ver por las diferencias y similitudes anteriores, la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0 no son competidoras. Más bien, podemos pensar que la Fabricación Inteligente forma parte del ámbito más amplio de la Industria 4.0, donde cada una de ellas complementa los puntos fuertes de la otra:

• Los procesos de Fabricación Inteligente permiten afinar el ecosistema interconectado de la Industria 4.0
• La optimización de procesos de la Industria 4.0 enriquece la Fabricación Inteligente con una visión más amplia
• La fabricación inteligente ofrece precisión, mientras que la Industria 4.0 ofrece adaptabilidad. Ambas pueden trabajar juntas para crear un sistema ágil que pueda responder de forma inteligente a las condiciones cambiantes.
• El enfoque impulsado por la eficiencia de la Fabricación Inteligente apoya el ecosistema interconectado impulsado por la innovación de la Industria 4.0. Esto fomenta un flujo de trabajo productivo en el que la eficiencia genera innovación.

Al adoptar la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0, es fundamental que los fabricantes no las vean como un escenario de lo uno o lo otro. Más bien, se trata de permitir que ambos trabajen juntos para crear una nueva era en la que la fabricación ya no se centre únicamente en los productos, sino en crear un futuro interconectado, inteligente y más eficiente.  

Beneficios de la sinergia entre la Industria 4.0 y la fabricación inteligente

La colaboración entre la Industria 4.0 y la Fabricación Inteligente ofrece una serie de beneficios tangibles: 

• Aumento de la eficacia operativa y reducción de los residuos

La fabricación inteligente añade precisión a la armonía interconectada de la Industria 4.0, permitiendo a los fabricantes mejorar la eficiencia operativa racionalizando los procesos, recopilando y analizando datos y automatizando tareas.

La utilización de diversas tecnologías digitales elimina eficazmente las ineficiencias, reduciendo los tiempos muertos y los residuos, mejorando la productividad y reduciendo los costes.

En última instancia, todo ello dará lugar a un proceso de fabricación más rentable.

• Mejora de la calidad y trazabilidad del producto

La fabricación inteligente y la Industria 4.0 pueden ayudar a aumentar la calidad del producto y la consistencia de la calidad.

La supervisión en tiempo real de la Fabricación Inteligente facilita unas líneas de producción más eficientes. Mediante la recopilación y el análisis de datos en tiempo real a lo largo del proceso de fabricación, los problemas y los posibles defectos pueden identificarse en una fase temprana para garantizar que los productos cumplan siempre las especificaciones y los requisitos.

La Industria 4.0 permite un seguimiento más holístico de todo el proceso, desde el diseño del producto hasta que llega a manos del consumidor. Esta trazabilidad de principio a fin proporciona más transparencia a los consumidores, al tiempo que garantiza una mejor rendición de cuentas.

• Aceleración de la innovación y del plazo de comercialización

La sinergia de la Industria 4.0 y la Fabricación Inteligente permite a los fabricantes crear gemelos digitales, prototipos virtuales que van más allá de los métodos de prueba tradicionales.

Con los gemelos digitales, los fabricantes pueden probar, experimentar, ajustar e iterar en el ámbito virtual, acelerando el tiempo necesario desde la ideación de un producto hasta la entrega real. 

Los datos y la información en tiempo real generados por la fabricación inteligente y la Industria 3.0 también pueden ayudar a los fabricantes a acelerar la innovación e identificar nuevas oportunidades de mejora.

El objetivo final de la Fabricación Inteligente es construir una fábrica ágil que no esté atada por flujos de trabajo rígidos y limitaciones, permitiendo que las innovaciones satisfagan las demandas del mercado de frente.

• Mejora de la sostenibilidad y la utilización de los recursos

La colaboración entre la Industria 4.0 y la Fabricación Inteligente puede ayudar a los fabricantes a ser más eficaces en el uso de su energía y sus recursos. Los sensores inteligentes de la Fabricación Inteligente, junto con la analítica de la Industria 4.0, pueden ayudar a optimizar el uso de la energía en los procesos de fabricación, minimizando la huella de carbono y reduciendo los costes en la práctica.

La analítica también ayudará a los fabricantes a identificar ineficiencias, cuellos de botella y a evitar la sobreproducción. Esto puede ayudar a los fabricantes a reducir su generación de residuos y mejorar su cuenta de resultados.  

Retos en la implantación de la fabricación inteligente y la Industria 4.0

A pesar de las ventajas, poner en práctica la sinergia entre la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0 puede resultar complicado. 

Algunos de los retos más comunes son

• Preocupación por la ciberseguridad y la privacidad de los datos

Uno de los aspectos clave tanto de la Fabricación Inteligente como de la Industria 4.0 es la recopilación y almacenamiento de grandes cantidades de datos de fabricación. 

Estos datos pueden ser valiosos y sensibles, por lo que pueden ser un objetivo valioso para las ciberamenazas. Proteger estos tesoros de datos es cada vez más importante y, al mismo tiempo, cada vez más difícil.  

Otra preocupación importante es el hecho de que para optimizar la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0, los fabricantes necesitan recopilar continuamente más datos, lo que naturalmente ampliará la superficie de ataque para los ciberdelincuentes. Será primordial encontrar el equilibrio adecuado entre la recopilación de datos para la optimización y la protección de la privacidad y la seguridad de los datos.  

• Déficit de cualificación de la mano de obra y aplicación de la gestión del cambio

Con las nuevas tecnologías utilizadas en la Fabricación Inteligente y la Industria 4.0, una implantación y ejecución óptimas requerirían una mano de obra cualificada en el uso de estas nuevas tecnologías.

Cada vez es más esencial mejorar la cualificación de tu plantilla actual -o contratar personal nuevo- para garantizar una colaboración sin fisuras entre las personas y las máquinas, algo sencillamente esencial en la fabricación inteligente y la Industria 4.0.

Por otra parte, la transición a la Industria 4.0 y a un entorno de fabricación inteligente exigiría una gestión eficaz del cambio para garantizar un cambio cultural sin fisuras. Será necesaria una comunicación clara en todos los niveles de las operaciones.

• Complejidades en la integración con sistemas heredados

Muchos fabricantes siguen dependiendo de sistemas heredados que aún no están diseñados para integrarse con las nuevas tecnologías de la Industria 4.0. Pueden surgir problemas de interoperabilidad y compatibilidad a lo largo de la implantación.

Esto puede ser un problema importante a la hora de implantar la Fabricación Inteligente y/o la Industria 4.0, ya que integrar estos sistemas con las nuevas tecnologías puede resultar difícil y caro. Una planificación y colaboración cuidadosas son fundamentales para garantizar la integración sin problemas de estos sistemas.

• Inversiones iniciales elevadas y consideraciones sobre el rendimiento de la inversión

La Industria 4.0 y la Inversión Inteligente pueden ser (muy) caras de implantar y exigirían importantes inversiones iniciales en tecnología, formación, contratación e infraestructura.

Para implantar con éxito la Fabricación Inteligente, el fabricante debe considerar detenidamente los costes de la inversión inicial y los beneficios previstos en forma de ROI (retorno de la inversión). 

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• Seguimiento del tiempo de inactividad y análisis de la causa raíz: Averiguar por qué se producen puede ser una gran preocupación en cualquier proceso de fabricación. Abordar las causas subyacentes puede ayudarte a minimizar el tiempo de inactividad y maximizar el tiempo productivo.

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