La manufactura 4.0 es el retrato de una nueva etapa en la industria. Las máquinas de vapor, la mecanización, la electricidad, la producción en masa, la automatización de la producción y el uso de la microelectrónica son parte de nuestra historia. Pasamos por un largo proceso de innovación para llegar a la Industria 4.0.
Con él, la integración de la tecnología de forma inteligente llega a todo tipo de industrias, incluida la manufacturera.
¿Y cómo sería la manufactura 4.0 en Brasil? Antes de pensar en ello, es necesario entender qué es la fabricación 4.0, cómo funciona y sus pilares.
¡Ven con nosotros!
¿Qué es la manufactura 4.0?
La manufactura 4.0 o fabricación avanzada es la designación de las fábricas inteligentes que utilizan máquinas integradas con sensores y actuadores que se comunican entre sí.
Estas fábricas están equipadas con sistemas tecnológicos que recopilan y analizan datos para apoyar la toma de decisiones.
Esto puede generar aún más valor cuando se combinan los datos operativos de producción, ERP, cadena de suministro, servicio al cliente y otros sistemas empresariales.
El desarrollo de fábricas inteligentes es una gran oportunidad para que la industria manufacturera ingrese a la cuarta revolución industrial.
Por cierto, ¿ha notado alguna similitud entre la fabricación y la Industria 4.0? La razón es simple: la industria 4.0 nace en los modelos de producción manufacturera (industria manufacturera).
Pero ¡cuidado! La Industria 4.0 no se limita a la fabricación. Esto se debe a que es independiente del modelo productivo, y la integración de tecnologías inteligentes también puede estar presente en la industria de proceso continuo, otro tipo de industria.
¿Cómo funciona la manufactura 4.0?
El funcionamiento de la fabricación digital en la Industria 4.0 se basa en el Internet de las Cosas o Internet of Things. ¿Y cómo se aplica esta tecnología a la Fabricación 4.0?
Las máquinas en el piso de producción se conectan a otros dispositivos habilitados para la web a través de sensores de dirección IP. Esta conectividad permite recopilar, analizar e intercambiar grandes cantidades de datos valiosos.
En este contexto, para tener una fábrica inteligente es necesario implementar un conjunto de tecnologías de información y automatización para conformar un sistema físico-cibernético de producción. Es este sistema el que aborda la digitalización de la información y la comunicación entre máquinas, sistemas, productos y personas.
Para que esta propuesta funcione, es fundamental que exista una planificación eficiente, capaz de minimizar costos y errores durante el proceso. Después de todo, estamos hablando de comunicación completa e intercambio de datos.
Antes del inicio de la producción, se realiza la planificación, simulación y validación de este plan. Solo entonces comienza la fabricación del producto.
Para entender mejor cómo funciona esta nueva etapa de la fabricación, necesitamos conocer la fabricación 4.0 y sus 4 pilares.
¿Cuáles son los pilares de la manufactura 4.0?
Las fábricas inteligentes se enfocan en producir bienes de manera eficiente y productiva a lo largo de la cadena de valor. Para entender cómo es esto posible, es fundamental pensar en la manufactura 4.0 y sus 4 pilares.
Son ellos:
- Internet de las Cosas (IoT): red de plataformas, sistemas, objetos físicos y aplicaciones con tecnología embebida para la comunicación e interacción con entornos internos y externos. En la práctica, permite la interacción entre máquinas y sistemas, siendo la base de la fabricación en la Industria 4.0.
- Big Data: son los grandes volúmenes de información generados por la conexión de sensores (IoT) presentes en todo el proceso productivo. Estos datos recopilados deben ser tratados y almacenados, lo que permite generar una base de conocimiento para la toma de decisiones en la industria.
- Ciberseguridad: los sistemas de ciberseguridad deben ser robustos para proteger la información y los sistemas de fallas y amenazas que pueden comprometer la producción de la fábrica. Es una rama de la conexión entre las redes corporativas (TI), de automatización y operativas (AT).
- Sistemas ciberfísicos (CPS): permiten la unión de los mundos virtual y físico. Están compuestos por sensores y actuadores (interactúan con el mundo físico), tecnologías de identificación, análisis de datos y mecanismos de almacenamiento. El uso de CPS puede mejorar los procesos de fabricación mediante el intercambio de información en tiempo real entre máquinas industriales, cadenas de suministro de fabricación, proveedores y sistemas comerciales y de clientes.
Ejemplo de manufactura 4.0 y sus 4 pilares
Para comprender qué es la fabricación 4.0 en la práctica, veamos un ejemplo.
Tiene una línea de producción destinada a fabricar el producto XIS. En la fase de acabado, necesitará tuercas y tornillos.
En su fábrica hay un contenedor inteligente para estos objetos. Tiene una cámara infrarroja incorporada capaz de identificar la cantidad de piezas que contiene.
Si la cantidad de los artículos está por debajo del stock de seguridad, las nuevas piezas serán ordenadas automáticamente por el almacén a través del sistema RFID.
Es el CPS el que hace posible esta comunicación remota en tiempo real, evitando el excedente y exceso de estas piezas en el control de inventario. Pero vale la pena recordar que esa red de objetos físicos y virtuales que interactúan entre sí y toman decisiones es el Internet de las Cosas.
Ahora imagine que su línea de producción está orientada a producir el producto XIS en rojo.
Sin embargo, su aplicación Big Data, además de recibir datos de la planta de producción, analiza las redes sociales y se da cuenta de que sus consumidores prefieren el producto de color morado.
El departamento de planificación de la producción puede analizar esta información para reajustar la producción del producto en el color preferido del mercado. Si esta tarea se hiciera de forma manual, sería inviable entregar la información en tiempo y forma para reajustar la producción. También sería prácticamente imposible cruzar estos datos con información de otras fuentes (proveedores, ERP, datos no estructurados, etc.).
Esta información sobre el mercado de consumo es una buena ventaja competitiva. Por lo tanto, su empresa cuenta con sólidas soluciones de ciberseguridad para mantener la integridad y confidencialidad de los datos.
En un solo ejemplo, viste la fabricación 4.0 y sus 4 pilares en la práctica.
¿Seguimos adelante para aprender sobre la fabricación 4.0 en Brasil?
Una visión general de la manufactura 4.0 en Brasil
En 2016, la Confederación Nacional de Industrias (CNI) lanzó una publicación titulada “Encuesta Especial – Industria 4.0”.
Este estudio encontró que, en ese momento, la industria brasileña aún se estaba familiarizando con los impactos de la fabricación avanzada.
Se presentaron 10 opciones de tecnología digital a las empresas consultadas. Entre ellos, el 43% no identificó las tecnologías digitales con mayor potencial para impulsar la competitividad de la industria.
Este desconocimiento viene acompañado del bajo uso de las tecnologías digitales por parte de las empresas industriales. Del total de industrias, el 63% de las grandes empresas utilizan al menos una de las tecnologías enumeradas, pero este porcentaje desciende al 25% entre las pequeñas.
En 2018, el presidente de la Agencia Brasileña de Desarrollo Industrial (ABDI) señaló que solo el 2% de las industrias en Brasil operan con manufactura 4.0. La expectativa es que podamos tener un 24% de industrias operando con manufactura avanzada en 2027. Aun así, muy poco.
Solo por curiosidad, países como Estados Unidos, Corea del Sur y Alemania tienen alrededor del 15% del total de industrias en manufactura 4.0. Estos son datos de 2018.
¿Cómo justificar el bajo porcentaje de implantación de la fabricación 4.0 en Brasil? Son muchos los retos que hay que afrontar, como veremos más adelante. Sin embargo, para entenderlos, echemos un vistazo a las tecnologías involucradas en la fabricación avanzada.
¿Qué tecnologías están involucradas en la manufactura 4.0?
Comprender qué es la fabricación 4.0 solo está completo cuando conocemos las tecnologías que se pueden aplicar al negocio.
Estas son las innovaciones que forman parte de la industria manufacturera:
Automatización industrial
La automatización industrial es el uso de sistemas de control, como robots o computadoras, y tecnologías de la información para manejar diferentes máquinas y procesos industriales.
Es, por tanto, la aplicación de tecnologías de software, equipos específicos y hardware en los procesos productivos.
El objetivo es conseguir una mayor autonomía y aumentar la productividad.
Impresión 3d
Hablar de fabricación aditiva en la industria 4.0 recuerda a la impresión 3D. Esta tecnología es un gran ejemplo de tecnología cuando pensamos en lo que es la fabricación 4.0.
Imprime objetos superponiendo progresivamente un material. En la industria, la impresión 3D se encarga de producir prototipos y piezas necesarias para los procesos industriales.
Su gran beneficio es reducir el tiempo de desarrollo de nuevos productos y, así, contribuir a la reducción de gastos.
Computación en la nube
La computación en la nube o computación en la nube es la disponibilidad bajo demanda de los recursos del sistema informático. Es una de las bases de cualquier estrategia de fabricación e Industria 4.0.
La fabricación inteligente requiere conectividad e integración de numerosos sectores industriales, lo que solo es posible a través de la nube.
Además, tratamos con una gran cantidad de datos, que deben ser almacenados y analizados. El procesamiento más eficiente y rentable de estos datos también es a través de la computación en la nube.
Inteligencia Artificial (IA)
La inteligencia artificial y el aprendizaje automático son dos tecnologías que permiten a la industria de la transformación aprovechar al máximo el volumen de información que se genera en la planta de producción y en sus unidades de negocio.
Pueden crear conocimientos que brinden previsibilidad, visibilidad y automatización de operaciones y procesos comerciales.
Piense que tres máquinas industriales en su línea de producción son propensas a averiarse en el proceso. Al recopilar datos de estos activos, es posible activar el equipo de mantenimiento predictivo antes de que provoquen la interrupción de la producción.
Este es un ejemplo de cómo los algoritmos de aprendizaje automático pueden brindar más tiempo de actividad y mayor eficiencia al equipo.
Grandes datos
Como decíamos antes, el Big Data es uno de los pilares de la fabricación 4.0. Permite la recopilación, el almacenamiento, el procesamiento y el análisis de datos de la industria, proporcionando análisis e informes para la toma de decisiones.
Internet de las cosas (IoT)
Otro pilar de la fabricación 4.0 es el Internet de las cosas (IoT). Un componente clave de las fábricas inteligentes, es lo que hace posible conectar máquinas y otros dispositivos habilitados para la web.
Realidad aumentada
La realidad aumentada permite la superposición de elementos virtuales a nuestra visión de la realidad. En la fabricación 4.0, simula escenarios para identificar inconsistencias en la cadena de producción.
También se puede utilizar para la formación de profesionales, la medición de objetos y la mejora de la visibilidad de la información.
¿Cuáles son las ventajas de la manufactura 4.0?
Ahora que entiendes qué es la fabricación 4.0, puedes imaginar las ventajas que trae a la industria, ¿verdad?
¡Le señalamos algunos beneficios a continuación!
Descentralización
La industria de fabricación digital 4.0 se basa en la descentralización del control sobre los procesos de producción.
Esto se debe a que las máquinas interconectadas reciben un comando, pero también brindan información sobre su ciclo de trabajo y decisiones a tomar.
A partir de ahí, los sistemas ciberfísicos toman decisiones en tiempo real de acuerdo a las necesidades de producción.
En la práctica, es como si estuviéramos dando más autonomía a las máquinas, haciéndolas menos dependientes de la acción humana.
De esta manera, brindan una forma descentralizada de trabajar en fábricas inteligentes, mejorando los procesos de producción.
Automatización e integración de sistemas
La fabricación 4.0 se basa en la automatización industrial y la integración de sistemas tecnológicos, como el internet de las cosas y la inteligencia artificial. Eso en sí mismo es una gran ventaja, ¿verdad?
Después de todo, el propósito de la automatización es mejorar los procesos y aumentar la productividad.
Posibilidad de prever demandas y solucionar averías
¿Es posible encontrar inconsistencias en el proceso de producción que puedan perjudicar la productividad? ¿Hay alguna posibilidad de mejorar el diseño de la línea de producción o la distribución de insumos?
Estas son preguntas que se responden aplicando tecnologías de fabricación 4.0. Con ellos es posible predecir demandas y solucionar fallas, promoviendo ajustes continuos a favor de la productividad.
Un buen ejemplo es detectar una caída en la productividad en máquinas que requieren mantenimiento. O, aún, encontrar la mejor estructura para la línea de producción para reducir el tiempo entre un proceso y otro.
Reducción de retrabajo
Cuando hablamos de cómo funciona la fabricación digital en la industria 4.0, señalamos la importancia de una planificación eficiente de la producción, ¿no?
Además de la planificación, también hacemos simulación y validación antes de iniciar la fabricación del producto. Estas pruebas tienen muchos beneficios ya que permiten el descubrimiento temprano de problemas.
Como consecuencia, reduce los costos de reelaboración, que implican rediseño o replanificación, por ejemplo.
¿Alguna vez ha oído hablar de las fallas de diseño en la creación de diseños de fábrica? Se pueden corregir, evitando reelaboraciones, utilizando un entorno digital 3D, por ejemplo.
Ganancia de productividad
El uso de sistemas inteligentes e interconectados en la industria tiene como principal objetivo las entregas eficientes. Para ello, intercambian, recopilan y analizan datos para apoyar la toma de decisiones de los gerentes industriales.
Esto significa tener información valiosa para identificar patrones e insights, optimizar procesos internos, corregir fallas y agregar más valor a la cadena productiva.
En otras palabras, la implementación de la fabricación 4.0 es la clave para una gran ganancia en productividad, ya que proporciona la optimización de las operaciones de manera rápida y eficiente.
Reducción de costos
La consecuencia natural de todos los beneficios de la fabricación avanzada es la reducción de costes. Esta ventaja es muy evidente en la automatización e integración de procesos, así como en la reducción de retrabajos.
Además, si la industria optimiza los procesos y se vuelve más productiva, opera de manera más eficiente. Por otro lado, necesita menos recursos para lograr el mismo resultado. En otras palabras, reduce los costos.
¿Quieres un ejemplo real? Una mina de oro africana usó datos de sensores en su equipo e identificó un problema con los niveles de oxígeno durante la lixiviación. Al corregirlos, incrementó sus ingresos en un 3,7%, lo que significó un ahorro anual de $20 millones.
¿Cómo implementar innovaciones en su industria?
Los beneficios de la fabricación avanzada le llamaron la atención, ¿verdad? De hecho, las ganancias de productividad y la reducción de costos son objetivos en muchas empresas. Pero para lograrlos, es necesario implementar innovaciones en la industria con mucha discreción.
Te indicamos 4 sencillos pasos:
Identificar qué procesos se pueden optimizar
Cada fábrica tiene una particularidad según el producto que produce, el lugar donde opera, la rutina del mercado y la relación con los proveedores. Antes de implementar innovaciones, es fundamental comprender cada uno de estos aspectos.
Para ello, debe analizar la información y comprender todos sus procesos internos. ¿Qué necesita mejorar? ¿Qué debería cambiarse por completo?
Lean Manufacturing puede ser de gran ayuda en esta etapa, ya que se enfoca en eliminar errores y desperdicios. Además, utilice métricas relacionadas con sus equipos y procesos para ingresar a la fabricación avanzada.
Diagnostica tu madurez digital
La fabricación 4.0 en Brasil aún está en pañales. Como señalamos, solo el 2% de las industrias brasileñas operan con manufactura avanzada.
Entonces, antes de implementar las innovaciones de la Industria 4.0, debe preguntarse qué tan madura es su industria.
Con el diagnóstico de la situación actual, podrás establecer prioridades, definir los sectores por los que empezar e implementar tecnologías donde hay mayores posibilidades de éxito. Así, evita pérdidas o desperdicios.
Presta atención a este punto. No intente implementar tecnologías de fabricación de la Industria 4.0 si ni siquiera ha superado con éxito la Industria 3.0, ¿de acuerdo?
Implementar la conectividad gradualmente
La conectividad entre sistemas es la base de la fabricación avanzada. Sin embargo, no es aconsejable comenzar este despliegue en toda la industria al mismo tiempo.
Comience el proceso conectando entornos, objetos físicos y máquinas en un paso determinado. Ampliar la conectividad poco a poco.
Invertir en tecnologías más avanzadas
Finalmente, ya tienes tus procesos conectados y organizados. Es hora de adquirir tecnologías más avanzadas para que tu industria pueda disfrutar de todos los beneficios que brinda la manufactura 4.0.
Aquí entran Big Data, Inteligencia Artificial y Realidad Aumentada.
¿Cuáles son los desafíos para implementar la manufactura 4.0?
Los desafíos para implementar la Fabricación 4.0 son:
- Desafíos técnicos: se refieren a la conectividad, como es el caso de la conexión 5G.
- Alto costo: las tecnologías permanecen en estado de “alto costo” hasta que alcanzan el nivel de “inversión de alto retorno”.
- Incentivo del gobierno: la implementación de la fabricación avanzada depende de políticas estratégicas inteligentes, incentivos e incentivos del gobierno.
- Falta de mano de obra cualificada: todavía faltan profesionales para hacer frente a la automatización, la digitalización, la inteligencia artificial, la realidad virtual, el Internet de las Cosas y todas las transformaciones que trae la fabricación 4.0.
Para superar estos desafíos, es necesario actuar directamente sobre sus causas.
¿Cómo mostrarle al empresario la ganancia concreta al adoptar tecnologías de fabricación avanzadas? Promoción de casos de éxito y promoción de eventos del sector.
¿Qué pasa con la falta de mano de obra calificada? Las industrias deben invertir en la formación y cualificación de sus profesionales, así como en la atracción y retención del talento en el área tecnológica.
El hecho es que la adopción planificada de tecnologías de fabricación digital es capaz de apalancar un negocio. Su industria puede encontrar y resolver problemas de manera más rápida y eficiente. Asimismo, agrega valor a lo largo de la cadena productiva, logrando una mayor ventaja competitiva.
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Conclusión
La fabricación 4.0 es la etapa actual de la industria manufacturera. A través de máquinas integradas con sensores y actuadores interconectados, estamos en la era de las fábricas inteligentes.
Basada en Internet de las Cosas y Big Data, la fabricación avanzada utiliza diversas tecnologías para proporcionar ventajas al entorno industrial. Entre ellos, se destacan la posibilidad de pronosticar demandas, ganancias de productividad y reducciones de costos.
Sin embargo, en Brasil enfrentamos algunos desafíos para implementar estas innovaciones. No es de extrañar que el porcentaje de industrias que ya se han sumado a la nueva era sea bajo. Aun así, vemos un aumento considerable en el uso de tecnologías avanzadas. Quién sabe, ¿quizás demos un paso más hacia la industria 4.0 y, en el futuro, la industria 5.0? ¡Conozca un poco más sobre Industria 5.0!
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