La Industria 4.0 será el final de la industria

evolucion industria

La Industria nació con la máquina de vapor y el telar mecánico.
En la Industria 2.0 la energía eléctrica y la cadena de montaje tomaron el protagonismo.
La Industria 3.0 llegó con la electrónica y la automatización.
Ahora la Industria 4.0 utiliza tecnologías como internet of things, big data, cloud computing, realidad virtual y aumentada, impresión 3D, inteligencia artificial y robótica.

La industria está sumida en una tormenta perfecta que podría llevar a su desaparición tal y como la conocemos. Es probable que la Gigafábrica de baterías de Tesla sea la última gran fábrica que se construya en la historia. En el futuro cercano la robótica, gobernada por la inteligencia artificial, podrá fabricar de manera autónoma en cualquier lugar del mundo (o del espacio) cualquier cosa que se proponga. ¿Qué sentido tendrá entonces que existan lugares específicos para la fabricación, cuando las cosas pueden ser fabricadas de manera mucho más eficiente en su lugar de destino, evitando de esta forma los grandes problemas impacto ambiental que hasta ahora han generado los grandes espacios industriales y los medios de transporte necesarios para llevar los productos desde las fábricas hasta sus destinos de consumo?

La impresión 3D es un buen ejemplo de cómo el modelo de autofabricación podría dar el relevo al modelo industrial, que ha predominado en los últimos 200 años. Cuando cada hogar y cada empresa dispongan de una impresora 3D, muchos de los utensilios y repuestos, que ahora es necesario comprar, podrán ser impresos directamente sin tener que desplazarse para comprarlos, ahorrando energía y dinero en todo el proceso de producción, transporte y comercialización. Teniendo en cuenta que una impresora 3D es un sencillo robot, cuando la robótica continúe con su evolución natural y aprovechando capacidades como la autorreplicación, la industria sufrirá un proceso de descentralización, contrario al ocurrido durante la revolución industrial, que permitirá recuperar modelos de desarrollo más sostenibles, mejorando tanto la vida de las personas como el estado del medio ambiente. Como ejemplo representativo de esta situación nos encontramos con la iniciativa de la Armada Británica que trabaja un plan que le permita fabricar drones directamente en sus embarcaciones, para que estos puedan estar adaptados a las necesidades concretas de cada misión. De esta forma las fragatas podrán disponer de un conjunto casi ilimitado de drones, que serán construidos para actuar en diferentes misiones como puede ser salvamento, vigilancia, espionaje o combate, evitando tener que transportar uno o varios drones de cada tipo en cada operación.

El nuevo modelo de industria descentralizada podría ser similar al que veremos con la agricultura en la que se va a producir  una evolución de los sistemas intensivos, que se han manifestado muy negativos en lo que a impacto ambiental se refiere, para desarrollar un modelo de autoconsumo, que ahora empezamos a visualizar a través de los huertos urbanos, pero que poco a poco irán desarrollándose también en el interior de las casas, a través de instalaciones de hidroponía y aeroponía. Un modelo como el que propone la iniciativa Open Agriculture, a través de la cual cualquier familia podrá disponer de un espacio para la producción de verduras y hortalizas, que reduzca la necesidad de crear grandes extensiones de invernaderos en lugares alejados, a cientos o incluso miles de kilómetros del lugar en el que se van a consumir, con el problema que esto supone a nivel de consumo energético y contaminación por el transporte.

El movimiento maker es otra de las palancas que va a contribuir a descentralizar el sector industrial. Ahora cuando un emprendedor o pequeña empresa tiene una nueva idea de producto, necesita encargar su producción a las grandes fábricas que han convertido a Asia en la máquina de fabricación de la mayoría de los productos que se consumen a nivel mundial. Pero esta situación empieza a cambiar en el momento en el que comienzan a desarrollarse los makerspace, lugares en los que cualquier persona puede acceder a una maquinaria que hasta ahora estaba únicamente disponible para la industria, de forma que estas personas pueden fabricar ahora de manera rápida y barata los prototipos de su producto, además de que pronto podrán realizar también la propia producción en masa. De esta forma iniciativas como Techshop van a servir como palanca para la descentralización de la industria, ayudando a muchos pequeños creadores a poder fabricar sus propios productos, sin necesidad de tener la maquinaria en propiedad, ya que se ofrece un modelo de alquiler por horas o membresía, replicando la gran tendencia que han supuesto los coworkings en relación con los espacios de trabajo. Si en pocos años los coworkings se han convertido en la preferencia como espacio para trabajar para emprendedores, profesionales autónomos y también muchas pymes, ahorrando cantidades importantes de dinero en la compra o alquiler de oficinas, pronto ocurrirá lo mismo con los lugares de fabricación, en los que además existirá maquinaria diseñada específica para espacios pequeños, que resultará más eficiente y menos contaminante, creándose en las ciudades una red de pequeñas industrias que funcionarán de manera capilar.

También el crowdsourcing va a convertirse en un facilitador del proceso de descentralización de la industria, gracias a iniciativas de trabajo colaborativo para el diseño y fabricación de productos, como es el caso de Local Motors, que se presenta como una comunidad en la que miles de personas colaboran para crear coches de código abierto y ha llegado a convertirse en una gran fábrica virtual de ideas, en la que además de coches se están desarrollando otro tipo de vehículos como autobuses e incluso taxis voladores. Todo ello impulsado por el interés que han mostrado importantes empresas como Airbus, Shell o BMW, además de instituciones públicas, a la hora de promover retos que fomenten la búsqueda de soluciones a los problemas de la industria del automóvil y a nivel de movilidad en las ciudades. Quirky es otro ejemplo sobre cómo la economía colaborativa está facilitando que cualquier persona pueda diseñar y fabricar sus propios productos, gracias a un modelo participativo, en el que una persona aporta una idea y otras personas colaboran aportando el trabajo o recursos necesarios, para que esa idea se convierta en un producto, que posteriormente puede ser comercializado de manera convencional. Hasta el momento más de 1 millón de personas han participado en los proyectos que se proponen en la plataforma, estos proyectos han sido apoyados a través de un modelo de crowdfunding por más de 2 millones de personas que han aportado más de 10 millones de dólares para su realización.

Pero hasta que llegue el momento de descentralización de la industria, que van a provocar el movimiento maker y crowdsourcing, puede ser interesante conocer cómo las tecnologías digitales han facilitado que lleguemos hasta el modelo actual de Industria 4.0. Veamos a continuación cuáles son las tecnologías que mayor impacto están teniendo en el sector industrial y algunas de sus aplicaciones más relevantes:

Realidad Virtual y Aumentada

Las tecnologías de Realidad Virtual y Aumentada son probablemente a las que más atención se le está dando últimamente en el mundo de la tecnología y por ello también en el sector industrial se están buscando utilidades para aplicar estas novedades en los ámbitos de visualización de la información. Una de estas utilidades es la que ha desarrollado la empresa Keyland a través de una herramienta denominada Blade que está enfocada en el control y organización de los factores que intervienen en el proceso productivo, con el objetivo de alcanzar la máxima eficiencia en las fábricas. Los modelos de planificación tradicionales no han logrado optimizar la producción, ya que no controlan totalmente todos los elementos críticos y su interacción.  Esto provoca falta de agilidad, descoordinación, retrasos, sobrecostes y mermas en la calidad. Durante la planificación tradicional el flujo de trabajo tiene dos fases diferenciadas. Una primera donde el área de planificación transmite el esquema de trabajo al área de producción y un segundo paso los ajustes resultantes se trasladan a planificación. Gracias Blade se integra y analiza los datos en tiempo real y los históricos, permitiendo la simulación, planificación y gestión visual e interactiva en tiempo real de la producción. Esta tecnología permite manejar grandes volúmenes de información, integrarse con sistemas de optimización por productividades y costes, realización de operaciones bidireccionales y reasignación de órdenes según la situación real de la planta. Para reducir las deficiencias de la industria tradicional, este sistema de planificación avanzada añade tres capas más: la información visual y de control de medios en tiempo real, los sistemas ciberfísicos y realidad aumentada, y las técnicas analíticas y algoritmos de optimización.

También en con el objetivo de aplicar la realidad virtual al sector industrial, la empresa Altran ha desarrollado la tecnología VR Flow que consiste en una herramienta de diseño CFD (Dinámica de fluidos computacional) con la cual utilizando el interfaz de Oculus Rift permite visualizar a través de realidad virtual, los flujos aerodinámicos, para comprobar cómo se comportan.  Gracias a ello se consigue una experiencia más inmersiva en el diseño y análisis aeronáutico. A través del entorno de la realidad virtual es posible por ejemplo adentrarse en las turbinas de los aviones, y en función del gradiente de colores y otras variables que se pueden ir seleccionando, analizar el comportamiento aerodinámico. Además de la experiencia de visualización inmersiva, también se pueden activar comandos interaccionando con las propias manos, como selección de menús y generación de órdenes de cálculo.

La empresa española Visuartech se dedica al desarrollo de soluciones tecnológicas para la aplicación de la realidad aumentada en la industria. El sistema que han desarrollado permite unir la realidad aumentada con los procesos diarios de una planta de producción: mantenimiento, gestión y control, de forma que el operario de la planta industrial que necesita información en tiempo real, puede escanear con su dispositivo móvil (smartphone, tablet o gafas de realidad aumentada) los diferentes elementos y éstos le devuelven toda la información en tiempo real de lo que está sucediendo. Gracias a esta herramienta se recopila la información y se la ofrece al operario para la toma de decisiones. Por otro lado los parámetros se recogen y son gestionados por otros sistemas, como puede ser SCADA. El elemento monitorizado necesita un código o marcador, que es lo que leerá el programa instalado en el dispositivo móvil.

Internet of Things

Digitalizar cada rincón de la industria es un proceso que ya resulta imparable, en busca de introducir mejoras significativas por ejemplo en la eficiencia, la productividad y la seguridad de las fábricas. Por el momento se trata de introducir sensores en la maquinaria e instalaciones, a lo que hay que comenzar a añadir toda la parte de analítica de la información recibida y donde confluirán diferentes tecnologías como el cloud computing y el Bigdata, hasta llegar a un modelo de industrial digital, en lo que se refiere a la generación y procesamiento de la información. El siguiente paso es la utilización de la robótica y la inteligencia artificial para disponer de fábricas autónomas en las que se reduzca significativamente la mano de obra humana, con el objetivo de que las personas puedan dedicarse a labores en las que el principal músculo a utilizar sea el cerebro. Cuando esto suceda la Industria dejará de ser percibida por la sociedad como un problema, por el impacto ambiental que genera y podrá comenzar a desarrollar un proceso de personalización en la que sea la industria la que se adapte a las personas y no las personas las que se vean obligadas a consumir los productos que la industria proporciona a las marcas. Además gracias a la flexibilidad que aporta a la fabricación tecnologías como Internet of Things y la robótica, será posible adaptar los procesos a las necesidades reales o concretas de las personas, mejorando a su vez la competitividad y reduciendo los costes.

Un ejemplo de la aplicación de las tecnologías IoT en la industria es el trabajo que realiza la empresa General Electric desde su departamento de Internet industrial, desde el cual el investigador en aprendizaje de máquinas Anil Varma ha diseñado un sistema que permite predecir cuáles de los 20.000 motores de propulsión construidos por la empresa, y que se encuentran en funcionamiento en estos momentos, necesitarán mantenimiento próximamente. Para algunos tipos de motor sus algoritmos son capaces de identificar aquellos que necesitan una revisión con una precisión del 70 por ciento y con un mes de antelación, lo que resulta de gran utilidad para evitar los costosos retrasos en los vuelos provocados por el mantenimiento de los motores de los aviones. La mayoría de los sensores de los equipos siguen teniendo un uso reactivo, como una luz en un panel de control que se pone roja si algo falla. Los reactores más antiguos fabricados por General Electric cuentan con muchos sensores, lo que permite medir aspectos como la temperatura, la presión y el voltaje. Hasta ahora no se ha estudiado gran parte de la información recogida por los sensores, pero ahora se puede aprovechar esa información para mejorar el mantenimiento de los motores. En los nuevos motores que está fabricando la empresa, se van a recoger todos los datos originales de cada vuelo y serán transmitidos desde el avión en tiempo real a través de Internet, para procesar todo ese Big Data y utilizarlo para mejorar la eficiencia del sistema.

Big Data

El Big Data se presenta en la industria como una gran oportunidad para mejorar en los procesos, en busca de modelos que puedan resultar más económicos y ecológicos gracias al aumento de la eficiencia. Una muestra de ello es el trabajo que realiza la empresa Masingenieros a nivel de automatización y captura de datos en la industria, donde ha localizado una serie de aplicaciones muy útiles del Big Data para el sector industrial, entre las que se encuentran: los diagnósticos predictivos que ayudan a identificar de manera eficiente los posibles patrones en los datos de calidad del producto, datos de fabricación, las reclamaciones de garantía , informes de servicio y los datos de uso sobre los productos; el Data Mining en fabricación, estudiando los factores causales de los problemas de calidad, la variabilidad del proceso y la trazabilidad de las piezas a través del proceso de fabricación; el análisis de garantía, donde se pueden reducir significativamente los costes de garantía a través de la identificación de las discrepancias en las reclamaciones de garantía, ya sea debido a reclamaciones no válidas, inadecuada formación de técnicos, problemas de fraude, o una advertencia temprana de fallos de las piezas; y los servicios remotos inteligentes que permiten detectar y resolver un problema potencial en un producto, antes de que el cliente realmente se encuentra con él. Si pensamos en el enorme problema que por ejemplo está suponiendo para Samsung el defecto de fabricación de las baterías del Galaxy Note 7, entendemos la necesidad imperiosa que tienen las empresas de mejorar los procesos de recogida y procesado de la información, con el objetivo de evitar las pérdidas multimillonarias que pueden llegar a producirse en situaciones como esta.

Impresión 3D

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Tal y como hemos comentado al comienzo de este artículo, la impresión 3D tiene la capacidad de cambiar radicalmente el mundo industrial, hasta el punto de propiciar un nuevo modelo de producción, en el que veamos una industria que tiende a la descentralización y donde dejan de ser las grandes empresas las que tienen la exclusividad de la fabricación de los productos. Gracias a ello se podrá llegar a un modelo desintermediado, donde muchos de los objetos que ahora se producen en la industria, se podrán fabricar en los propios hogares o empresas en los que van a ser utilizados. Además de esta situación también estamos viendo cómo la impresión 3D se introduce en el propio sector industrial, teniendo en cuenta que las impresoras 3D son robots con capacidad de imprimir productos con todo tipo de materiales. Un ejemplo de ello es el robot impresora de la empresa Stratasys llamado Infinite Build, que es capaz de construir todo tipo de productos, como como pueden ser las ventanas de la cabina de un avión o el Robotic Composite 3D, diseñado para la impresión de formas complejas, superando el modelo tradicional de fabricación capa a capa.  Entre las novedades que aportan estos nuevos robots a la industria se encuentra la posibilidad de evitar el tener que crear una estructura de soporte mientras se crea la pieza, gracias a la posibilidad de cambiar la orientación del brazo y se pueden aprovechar posiciones que no se podían alcanzar con anterioridad. Además se cuenta con la opción del multimaterial, gracias a la cual en la impresión de un producto se podrán alternar los materiales con una mayor facilidad, pudiendo gracias a ellos llegar a crear formas muy complejas a través de la impresión 3D. Un ejemplo muy representativo de la aplicación de esta nueva tecnología en el ámbito de la industria es el trabajo realizado para los camiones de Volvo donde se ha reemplazado una estructura de metal para que sea de termoplástico, si antes estaba formada por 28 componentes y era pesada, ahora es más ligera y de una pieza, con la ventaja añadida de que se puede fabricar desde cualquier parte del mundo y en el momento. Del mismo modo en el sector aeronáutico se han desarrollado aplicaciones de esta tecnología, como la fabricación de piezas para el Jet Dassault Falcon que antes requería de 98 días y un coste de 60.000 dólares y ahora se hace en dos días con un coste de 2.500 euros, gracias a aprovechar las cualidades de la resina Ultem 1010 en su diseño. Igualmente en los cohetes Atlas V, fabricados por Lockheed Martin y Boeing, se puede aprovechar la producción en serie de partes impresas por tecnologías 3D reduciendo el número de piezas de 150 a 16 gracias a los termoplásticos de modelado por deposición fundida.

Inteligencia Artificial

La aplicación de los últimos avances en Inteligencia Artificial, gracias a nuevas tecnologías como el aprendizaje profundo y el aprendizaje de máquinas, están acelerando los procesos para la introducción de la robótica en la industria. Pero hasta que lleguen las fábricas completamente automatizadas, con las que sueña Elon Musk para Tesla, será necesario desarrollar metodologías de trabajo que combinen la participación de las personas y los robots en los distintos procesos productivos. Con este objetivo trabajan en Volkswagen los investigadores Wolfgang Hackenberg y Johannes Teiwes, del Centro de Investigación alemán de Inteligencia Artificial DFKI, para el desarrollo de un robot que pueda trabajar codo con codo con los operarios de las fábricas de coches, sin que esto suponga un riesgo a nivel de seguridad para las personas y por otro lado se logre potenciar la productividad en los procesos de producción. Para lograrlo utilizan las Inteligencia Artificial como guía para que los robots detecten la posición y movimiento de los operarios, de forma que no se produzcan accidentes entre ellos. Su desarrollo actual consta de dos brazos robóticos que cogen e instalan ejes de transmisión y anillos de embrague. Cuando el operario se acerca al robot, este debe ser capaz de detectar la aproximación del operario y de tenerlo en cuenta. Para ello la clave del robot no está en sus brazos o agarres, sino en la unidad informática denominada ROCK, que procesa ondas y gestos y calcula todas las secuencias del movimiento humano que graban los sensores alrededor del área de trabajo, gracias a ello se ha logrado una cooperación directa entre personas y robots en la industria del automóvil. De esta forma se propone un nuevo modelo de industria en el que los robots, equipados con sensores y guiados por la Inteligencia Artificial para aportar nuevos conceptos de seguridad, asuman las tareas físicamente más exigentes y ergonómicamente más complicadas, permitiendo que las personas puedan concentrarse en tareas complejas que requieran altos niveles de conocimiento especializado, creatividad y capacidad para solucionar problemas.

Robótica

Gracias a la Inteligencia Artificial la robotización de la industria pasará a un nivel superior, en el que las máquinas inteligentes intercambiarán información entre ellas y se adaptarán ellas mismas, para responder a los requisitos de producción necesarios en cada momento. En este punto veremos cómo los fabricantes de los robots que ahora predominan en industrias como la del automóvil, que son principalmente de brazos robóticos, comienzan a tener en cuenta técnicas como el aprendizaje de máquinas para mejorar el funcionamiento y rendimiento de estos dispositivos. Las empresas FANUC y ABB son ejemplo de ello:

FANUC es una empresa japonesa líder en robotización que cuenta más de 100 modelos de robots pensados para multitud de aplicaciones e industrias. Los robots están pensados para poder ser utilizados con facilidad y proporcionar una gran flexibilidad gracias a las distintas opciones específicas de las aplicaciones, su facilidad de integración, su carga útil de hasta 2,3 toneladas y su alcance máximo de 4,7 metros. La empresa realiza su aportación a la industria 4.0 a través de máquinas, sistemas de almacenamiento y equipos, que trabajen conjuntamente en red, donde máquinas inteligentes intercambian información entre sí y se adaptan ellas mismas constantemente a los requisitos de producción del momento. Para ello se necesita un elevado grado de integración, fluidez en las comunicaciones y trabajo en red de los medios de producción.

ABB es otra de las grandes empresas en el sector de la robótica industrial. Una de sus principales apuestas es YuMi, que se presenta como una solución robótica de ensamblaje de piezas pequeñas, con doble brazo, que incluye manos flexibles, sistemas de alimentación de piezas, localización de piezas mediante cámaras y control robótico de última generación. Este nuevo robot es el resultado de años de investigación y desarrollo, con el objetivo de hacer realidad la colaboración entre el ser humano y los robots. Gracias a ello dispone de un innovador brazo robótico doble de fácil utilización que ofrece grandes posibilidades para la automatización. El robot está especialmente pensado para el ensamblaje de piezas pequeñas, en líneas en las que robots y personas trabajan codo con codo en las mismas tareas. Por ello resulta fundamental considerar los aspectos de seguridad que están integradas en la propia funcionalidad del robot, de forma que no necesita estar aislado de los operarios.

Pero en el futuro cercano los robots no se limitarán exclusivamente a realizar las labores pesadas o peligrosas, que realizan en la actualidad por ejemplo los brazos robóticos. En poco tiempo veremos también cómo comienzan a proliferar robots autónomos que replican otras características humanoides, con el fin de realizar las labores que ahora hacen las personas, para de hacerlo de una manera más rápida y reduciendo posibles errores de fabricación. Una muestra de ello es el robot autónomo que se utiliza en la fábrica de Tesla, para el transporte de pequeños objetos entre distintas zonas de la cadena de montaje. Mientras llega ese momento estamos presenciando cómo una multitud de tecnologías están ayudando a que se produzca una nueva revolución en la industria, con la eficiencia como premisa y gracias a la aplicación de las más recientes innovaciones en tecnologías digitales, que ya no se quedan en el ámbito de Internet y han empezado a trascender para formar parte de todo lo que nos rodea.

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