5 tendencias de la Industria 4.0: la Fábrica del Futuro (2020 y más allá...)

A medida que las fábricas buscan ser más rentables, sostenibles y estar preparadas para el futuro, deben considerar no sólo cómo se verán en 2020 sino en 2025 o incluso en 2030. Hay algunas tendencias que pueden ayudarnos a prever hacia dónde se dirigen los talleres; las demandas de los consumidores de una mayor personalización e individualización, y un impulso para manejar más conscientemente los recursos a medida que empezamos a pensar en nuestro impacto sobre el medio ambiente y el planeta.

Mientras que ofrecer productos personalizados y al mismo tiempo optimizar el uso de energía, agua y otros recursos puede parecer una contradicción, he aquí cinco maneras de empezar a avanzar hacia esta realidad futura.

Durante las últimas décadas, la industria de la automatización ha estado debatiendo la visión del ‘tamaño de muestra único’: cómo pueden las líneas de producción producir de forma única, sin tener que hacer largos cambios de horario u otras ineficiencias. Con la Industria 4.0, esta visión debe finalmente hacerse realidad para cumplir con el requisito de la completa individualización en la producción. Para ello, las máquinas no pueden instalarse de forma fija e inflexible en el taller, donde se ponen en marcha, se parametrizan y se ajustan para un producto específico que se produce una y otra vez durante meses o incluso años. Las líneas de producción del mañana deben ser flexibles, construidas a partir de múltiples módulos mecatrónicos que puedan ser fácilmente reordenados, con más y más robots o ‘cobots’ (robots colaborativos que trabajan mano a mano con trabajadores humanos), y una IA que parametrice y afine las máquinas de acuerdo con el siguiente bien —individualizado— que se fabrique en la línea.

A medida que aumenta la complejidad del software y el número de posibles combinaciones de componentes de software modularizados, la realización de pruebas exhaustivas en la máquina física se hace más difícil y requiere más tiempo, y con el tiempo se volverá imposible. En vista de ello, será de vital importancia realizar la puesta en marcha virtual del software para verificar la ausencia de errores y validar si se cumplen los requisitos basados en los modelos de simulación antes de que la línea de producción física esté siquiera en funcionamiento. Líderes de la innovación como Krones, el principal fabricante de líneas de llenado de botellas en todo el mundo, ya están utilizando hoy en día modelos de simulación multidominio para la puesta en marcha virtual.

Figura 1. Krones en Alemania está usando modelos de simulación para crear un Gemelo Digital de sus sistemas de manejo. Foto. Krones AG, Matlab Expo 2018. https://www.mathworks.com/content/dam/mathworks/mathworks-dot-com/images/events/matlabexpo/de/2018/digital-twin-of-a-tripod-robot-in-packaging-technology.pdf.

Con las máquinas y los módulos reorganizados dinámicamente en la fábrica, será importante asegurar la interconexión. Los protocolos estandarizados como el OPC UA TSN jugarán un papel clave para asegurar que los equipos de diferentes proveedores interoperen sin problemas. Los cables inflexibles desaparecerán y serán reemplazados por protocolos inalámbricos como el 5G y sus sucesores. Pero las máquinas no sólo estarán conectadas entre sí, sino también a los sistemas en la nube, donde se dispone de una potencia de cálculo flexible para ejecutar potentes algoritmos sobre datos de negocios e ingeniería.

Figura 2. OPC UA como protocolo de comunicación estandarizado en soluciones industriales de IO. Foto: MathWorks. https://www.mathworks.com/discovery/opc-ua.html

El rápido aumento de la potencia de cálculo de los controladores industriales y los dispositivos de edge computing, así como el uso de sistemas en la nube, están preparando el terreno para una nueva dimensión de la funcionalidad de los programas informáticos en los sistemas de producción. Los algoritmos basados en la inteligencia artificial optimizarán dinámicamente el rendimiento de toda la línea de producción, al tiempo que minimizarán el consumo de energía y otros recursos. El mantenimiento predictivo evolucionará y tendrá en cuenta los datos no sólo de una máquina o un sitio, sino de múltiples fábricas y de equipos de diferentes proveedores. Según los requisitos, los algoritmos se desplegarán en plataformas que no sean de tiempo real, así como en sistemas de tiempo real como los PLC, como demostró recientemente Beckhoff en la Feria de Hannover, en Alemania.

Figura 3. Los algoritmos basados en la IA que se ejecutan en controladores integrados y dispositivos de borde como PLCs o PCs industriales ayudarán a reducir significativamente el consumo de energía en la fábrica del futuro. Foto: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG, Matlab Expo 2019. https://www.matlabexpo.com/content/dam/mathworks/mathworks-dot-com/images/events/matlabexpo/de/2019/1-2-neural-automation-beckhof.pdf

El mayor impacto, sin embargo, afectará a las personas que trabajan en la fábrica del futuro. Al confiar en la tecnología y las herramientas de empresas como MathWorks, más ingenieros y científicos, no sólo los científicos de datos, trabajarán en la IA. La fábrica del futuro necesita ingenieros que puedan construir modelos, que se ocupen de grandes conjuntos de datos y que manejen las respectivas herramientas de desarrollo para hacer frente a las tendencias mencionadas. Por lo tanto, las empresas que construyen y operan equipos industriales necesitan cambiar sus puestos de trabajo y contratar ingenieros cualificados con un perfil completamente diferente para estar preparados para un futuro en el que la Industria 4.0 es sólo el principio.

Los líderes de la innovación que tengan en cuenta las tendencias anteriores no sólo podrán hacer frente a los desafíos que trae consigo la Industria 4.0. Se beneficiarán de las técnicas que vienen con la transformación digital, como la puesta en marcha virtual y los gemelos digitales basados en modelos de simulación, así como de la funcionalidad avanzada de la IA aplicada a cantidades cada vez mayores de datos de ingeniería y de negocios. Y serán capaces de convertir esta ventaja tecnológica en un beneficio sostenible para sus negocios durante las próximas décadas.