¿Cuál es la relevancia de la revolución industrial 4.0 en nuestro mundo de hoy?
Este artículo se centra en la visión de uno de los mayores cambios que marcarán nuestra forma de vivir: Industrias 4.0. Nuestra intención es discutir sus fundamentos, la automatización y mejoras en los procesos, la forma de transformar una pequeña y mediana empresa (PYME) en una Industria 4.0, algunos de los aspectos económicos y educativos, el retorno de la inversión, etc. Este tema es muy extenso; sin embargo, nuestro propósito es dar una visión actual de la industria y también mostrar las tendencias futuras de la Industria 4.0. Además, este capítulo presenta el proceso para migrar a la Industria 4.0 hasta llegar a la Sociedad 5.0 y, a su vez, incluye una versión futura de la Industria 5.0 que se espera comience en 2020.
William Gutiérrez Marroquin
Leonardo Zambrano Cifuentes *
1. Introducción
La cuarta revolución industrial ocurrió como un proceso de evolución en términos de avances tecnológicos, siguiendo la tendencia de la primera revolución industrial; esta primera revolución industrial ocurrió en Gran Bretaña, durante el siglo XVIII; representa los cambios sociales, económicos y tecnológicos que afectaron a toda Europa, y con el paso del tiempo, también iban a afectar a América del Norte [ 1 ].
La revolución industrial significó el fin de los trabajos manuales, como también terminó con el uso de animales para tareas de tracción; al mismo tiempo, se desarrollaron nuevas formas de trabajo, que redujeron las horas de trabajo sin afectar la cantidad de producción. Es importante tener en cuenta que esta nueva creación del orden no estaba ocurriendo de una manera rápida y requirió tantos años para obtener un proceso notorio, que significó algo más que una revolución. Fue un cambio evolutivo que afectó no sólo al mundo industrial sino también a la economía, la población, la estructura social, la cultura, la relevancia de algunas instituciones y, de manera general, la vida cotidiana. La revolución industrial transformó por completo una nación llena de agricultores y artesanos en la nación laboral, con algunas nuevas máquinas revolucionarias (máquina de vapor y tejer, entre otras invenciones). La primera revolución industrial tuvo un gran impacto en la industria textil [ 1 ]. Este importante cambio de orden comenzó alrededor de la década de 1750 y terminó durante la década de 1850.
Algunas de las características más importantes de la primera revolución industrial fueron: el uso de la fuerza motora en la industria, el desarrollo del sistema de fabricación, y la mejora de la velocidad en el transporte y las comunicaciones, entre otros. El desarrollo de máquinas en cada uno de los campos de trabajo en Europa durante la Edad Media significó una mejora positiva e importante que ayudó a desarrollar la primera revolución industrial. Una de las máquinas más importantes creadas durante este tiempo fue el molino hidráulico, utilizado para moler el trigo. Este molino específico tenía el mismo sistema en los monasterios situados a lo largo de la mayoría de las tierras de Europa, como Portugal, Escocia, Suecia y la República Checa [ 2 ].
En Inglaterra, a finales del siglo XI, había una enorme potencia hidráulica que expandió casi 34 cuerdas y “había 5624 molinos y 3463 castillos, lo que significa que más de la tercera parte de todos estos castillos tenía al menos un molino, incluso dos” [ 2 , p. 184].
La mediana edad puede ser considerada como uno de los momentos relevantes de nuestra historia, donde se establecieron los fundamentos de la economía capitalista moderna.
Algunos de los mayores factores que impulsaron la economía y la primera revolución industrial en los últimos días en Europa fueron los descubrimientos geográficos en América del Sur (durante el período de colonización), que proporcionaron nuevas fuentes agrícolas, por no mencionar el aumento de la riqueza; todos estos antecedentes contribuyeron a la acumulación de capital [ 2 ]. Además, el Estado monárquico garantizaba el transporte y protegía todas las mercancías. Estaba a cargo de recaudar los impuestos, y decidió quién podía acceder a obtener préstamos monetarios, lo que facilitaba la creación de grandes negocios. El renacimiento y la reforma religiosa terminaron promoviendo la búsqueda del progreso; además, el humanismo que caracterizó a estos movimientos promovió el progreso en la sociedad. Por último, es posible decir que los hechos ocurridos durante la edad media en Inglaterra fueron el preludio de la revolución industrial [ 2 ].
La segunda revolución industrial ocurrió en los Estados Unidos. La tecnología innovadora era la energía eléctrica. Sucedió durante el período de 1850-1870, hasta la primera guerra mundial en 1914 [ 3 ]. En esta nueva revolución industrial aparecieron algunos de los cambios más importantes y más grandes en términos de tecnología y ciencia; también, la revolución amplió sus desarrollos por todo el mundo. Las tecnologías innovadoras se basaban básicamente en las fuentes de energía más recientes, como los combustibles fósiles, el uso de nuevos materiales para mejorar las máquinas (como el hierro), y los nuevos sistemas de transporte y comunicación (carreteras y barcos de vapor). Todos estos desarrollos generaron cambios relacionados con el trabajo, la educación, el campo científico, y sobre todo con el consumo humano, que trajo el concepto de producción en masa. Muchos países se unieron a este proceso de industrialización, como Alemania, Francia, Japón, etc. Iconos de este método como Henry Ford, Orville y Wilbur Wright, y Nikola Tesla apareció en el libro de nuestra historia humana como grandes inventores que contribuyeron a esta segunda revolución industrial [ 3 ].
“La primera revolución industrial aumentó la productividad para Gran Bretaña, mientras que la segunda y la tercera revolución industrial crearon la economía mundial y la división internacional del trabajo, que fueron responsables de los niveles superiores de vida obtenidos en toda Europa” [ 3 , p. 56].
La tercera revolución industrial se centró en el desarrollo de tecnologías digitales, una mejora notoria en la comunicación, el desarrollo de Internet, el desarrollo de redes y las nuevas energías removibles. Estos aparecieron durante el siglo XX, pero no fueron aprobados hasta junio de 2006, por el Parlamento Europeo. Todas las computadoras, nuevos equipos, sistemas de comunicación, y, en una idea general, todas las tecnologías digitales se componen para mejorar y hacerse más grandes y, incluso en algunos casos, han hecho sustituciones para algunos trabajos, relegando la mente humana.
La tercera revolución industrial ha hecho la transición entre el concepto analógico y el concepto digital; ha inventado los circuitos integrados que han ayudado a reducir los costos de producción. El uso de las tecnologías de la comunicación y la informática ha sido indispensable, haciendo posible el uso asistido de la computadora, el uso de la fibra óptica, las telecomunicaciones, los estudios sobre el campo de la genética y el desarrollo de láseres [ 4 ].
La cuarta y última revolución industrial trajo consejos y pronósticos al sistema. Esta nueva era de revolución se basa en la creación de un entorno integrador y colaborativo, con la intención de agregar sistemas físicos cibernéticos y considerar al cliente como parte del proceso de producción. En esta cuarta revolución industrial, el análisis y la prueba del producto se hacen antes de que vaya al mercado, no después, lo que trae la oportunidad de predecir lo que va a suceder antes de que suceda, mejorando la gestión de la inversión que se hace en torno a la producción. La entrada principal que surgió con la cuarta revolución industrial fue la configuración de las industrias Intel, donde no se trata sólo de la recopilación de datos, pero teniendo en cuenta la importancia de la interacción entre toda esta información, se le permite conectar con diferentes fuentes de información y ser capaz de crear un sistema controlado con un tipo de producción de alta velocidad y flexible [ 4 ].
2. Los pilares de la industria 4.0
2.1 Marco teórico
La cuarta revolución industrial es el último avance de la humanidad; se ha promovido desde los avances tecnológicos que la población tiene en sus manos hoy en día. Se basa principalmente en la digitalización o automatización de las fábricas a través del uso de Internet de las Cosas (IoT); también, se combina con sistemas ciberfísicos. Estos sistemas (o pilares) serán el tipo autónomo de sistemas, con la capacidad de tomar sus propias decisiones, aplicando el aprendizaje automático [ 5 ]; también recopilará datos en tiempo real, que serán analizados y guardados en la nube. La industria 4.0 permitirá explotar pilares como Internet de las Cosas (IoT), Big Data y análisis de datos, realidad aumentada (una representación virtual del mundo real), ciberseguridad, robots colaborativos, fabricación aditiva, computación en nube, inteligencia artificial y, finalmente, redes 5G. Además, Rojko [ 6 "Los productos de la industria Intel han implementado sensores (IoT) conectados a la red, capturando y almacenando información constantemente en la nube (o un servidor), con el propósito de ser procesados más tarde; esto significa que la información está estrechamente relacionada con los pilares de Big Data y análisis de datos. Además, el IoT está relacionado con el pilar de ciberseguridad debido a la interacción entre los dispositivos conectados a Internet, comunicándose entre sí constantemente, haciéndolos altamente vulnerables a un ataque informático.
Los robots colaborativos, que van a trabajar con humanos en la industria, haciendo una cantidad significativa de procesos de manera eficiente, son más sofisticados que sus predecesores; estos robots permitirán obtener una considerable disminución de los costos relacionados con la construcción de vallas o células de seguridad que, en los días anteriores, mantuvieron a los robots aislados de los humanos. También se ha investigado el aspecto redondo de los robots sensibles, con la intención de evitar golpes peligrosos que podrían dañar a los operadores; estos robots utilizarán sensores de resistencia de alta calidad para garantizar más seguridad para trabajar con ellos. Este nuevo sistema hace posible que el robot tenga la capacidad de ponerse de pie con una fuerza determinada, lo que le permite evitar obstáculos [ 6 , p. 82].
La realidad aumentada intenta incorporar, o hacer una mezcla con elementos virtuales, utilizando algunos de los contenidos digitales como herramienta estándar para nuestra realidad tangible, en tiempo real. La idea principal es añadir algo de información digital a los objetos regulares y comunes que se observan; termina siendo extremadamente útil para entender de una manera más profunda estos objetos. Este proceso se logra utilizando un sistema digital relacionado con una cámara, un sistema GPS, una escala 3D y un algoritmo que se encarga de hacer el vínculo con la realidad. Estas herramientas tienen la capacidad de aumentar el rendimiento humano, proporcionando la información necesaria para realizar una tarea específica. Además, la información recopilada por el algoritmo y la cámara tiene que estar situada en el lugar correcto, teniendo en cuenta el objeto respectivo que se está observando. La realidad aumentada puede reducir muchos errores de una manera inmediata, reduciendo el tiempo que normalmente se utiliza para repararlo [ 6 ].
En cuanto a la reducción de costes, el pilar de simulación es el más indicado y sobresaliente. El modelado de simulación es el método que hace uso de modelos reales o modelos de sistema imaginados, lo que permite realizar algunos experimentos para validar diseños, procesos o sistemas [ 5 ].
El modelado de simulación permite conocer los sistemas complejos mediante el desarrollo de productos complejos y versátiles, lo que permite probar nuevos conceptos y sistemas, políticas de recursos y nuevas operaciones antes de su implementación real, lo que permite recopilar información y conocimientos sin interferir con el sistema operativo [ 5 , p. 9].
El modelado del sistema permite reducir los costos, así como reducir el lapso de tiempo del desarrollo y aumentar la calidad del producto. La imitación de todo el entorno de una fábrica de fabricación permite hacer un análisis para saber en qué punto de fabricación podrían aparecer algunos problemas que podrían retrasar la producción del producto [ 7 ].
Una Fábrica Inteligente no sólo se refiere a la digitalización de los procesos, sino también al uso eficiente de la energía, la optimización de los procesos y la reducción de los impactos en el medio ambiente. Por el momento, la mejor manera de lograr esto de una manera inmediata es utilizando la simulación. Los procesos de simulación se llevan a cabo con herramientas de software avanzadas, que tienen un gran impacto económico en las fábricas de fabricación. La visualización de estos procesos favorece la economía de las fábricas, ya que permite anticipar situaciones que podrían generar pérdidas, detectar los puntos débiles, y mejorar las fases de la producción antes de ponerlas en funcionamiento [ 5 ].
4. La fabricación aditiva es una tecnología habilitante, capaz de ayudar con los nuevos productos, nuevos modelos de negocio y cadenas de suministro. Un conjunto de tecnologías que permite la “impresión 3D” de objetos físicos construye el término fabricación aditiva. Los productos únicos se pueden fabricar sin los excedentes convencionales, por lo que es una gran ventaja [ 5 ]. Una mejor definición podría ser “la fabricación aditiva crea piezas complejas desde el principio, añadiendo constantemente una capa a la vez, basada en un modelo CAD 3D” [ 8 ].
Con la impresión 3D y la fabricación aditiva, el operador podría ser capaz de tener diseños personalizados para clientes con figuras previamente inimaginables (diseños geométricos increíbles), en comparación con los que se han hecho con su tecnología predecesora. La impresión 3D personaliza el diseño de la pieza que se necesita para el montaje final.
La idea principal para cada cliente es: pueden hacer un pedido a su gusto, y la Industria 4.0 se va a ocupar de todo el proceso relevante para obtener el resultado final y personalizado. Además, la fabricación aditiva reduciría el consumo de recursos y costos: “mayor personalización sin necesidad de herramientas adicionales o costos de fabricación, maximizando el uso del material, fomentando un lema de ‘cero residuos’ [ 9 ].
5. El sistema de pilares para la integración puede ser de dos tipos: vertical y horizontal.
La integración horizontal está relacionada con la integralidad entre empresas y es la base de una colaboración estrecha y de alto nivel entre varias empresas, utilizando sistemas de información para enriquecer el ciclo de vida del producto mediante la creación de un ecosistema interconectado dentro de la misma red de creación de valor [ 5 ]. La integración vertical es un sistema de fabricación de redes, está relacionada con la integralidad intraempresarial, y es la base para el intercambio de información y la colaboración entre los diferentes niveles de la jerarquía de la empresa, como la planificación de negocios, programación de producción o gestión [ 5 ].
6. La ciberseguridad es responsable de proteger la información almacenada, ya sea en un dispositivo o en la red. El sistema es capaz de proteger la información de amenazas como ataques informáticos, o incluso de tipo físico de amenazas. Es necesario saber que cualquier sistema en el mundo es 100% seguro y siempre hay un riesgo que debe asumirse. Además de la seguridad local (ciberseguridad), es importante hablar de seguridad física (biometría, cajas fuertes, puertas de acero) que es un método extremadamente importante que ayuda al usuario a preservar la información en un centro de datos, sólo para dar un ejemplo. La ciberseguridad se centra en tres puntos clave: confidencialidad de los datos, integridad de los datos y disponibilidad de datos o CID [ 10 ].
Las amenazas informáticas pueden ser un virus, troyano y malware, entre otros, y pueden proceder de un dispositivo USB y también de un correo extraño con contenido publicitario falso. Por otro lado, las amenazas físicas podrían estar asociadas al uso de la fuerza superpoderosa para entrar en el lugar donde se almacena la información, o si se roba la información del usuario para entrar en el sistema de almacenamiento. De la misma manera, hay encriptados, arrancados, archivados, o los virus de sobreescritura, entre otros. Lo más importante en la Industria 4.0 es proporcionar buenas prácticas de seguridad a las fábricas, que se pueden revisar en la ISO 27001. Las industrias presentadas en este documento tienen una importancia vital porque con la interconexión de dispositivos debido a la incorporación de IoT, las plantas industriales se vuelven más vulnerables [ 10 ]. El aumento de dispositivos conectados significa más posibilidades de ciberataques [ 5 ]. “El IoT debe construirse sobre la base de comunicaciones seguras en cada punto de los procesos de fabricación y debe garantizar la interoperabilidad de la seguridad entre las instalaciones como elementos básicos de la cadena de valor del suministro” [ 5 , p. 14].
La alta conectividad requerida por la Industria 4.0 ha introducido sistemas más abiertos y de fácil acceso al mundo, que han aumentado la posibilidad de nuevos ciberataques. Hoy en día, es común ver en el sistema de control industrial que la conectividad se basa en TCP/IP y Ethernet, o incluso en el uso de sistemas inalámbricos estandarizados. “Para una variedad de ataques industriales, las redes definidas por software (SDN) y la virtualización de las funciones de red (NFV) pueden facilitar la respuesta automática a incidentes” [ 5 , p. 14].
SDN y NFV hacen posible una respuesta automática a las incisiones, para una detección más rápida de fallos del sistema y, para un lapso de tiempo temporal, reemplazar estos sistemas afectados por implementaciones virtuales. SDN y NFV son tecnologías para mejorar estos aspectos: (1) visibilidad de la red, (2) capacidades de red (permite flujos de tráfico de red con una mejor gestión), y (3) despliegue y control de funciones de red utilizando software, en lugar de dles-boxes de hardware específicos [ 5 ].
7. El pilar IoT consiste principalmente en conectar “cosas” u objetos a la red. La idea de traer sensores y actuadores a la industria permitiría capturar datos en tiempo real relacionados con el proceso de fabricación de un producto, así como el comportamiento del entorno industrial que se analizará más adelante por el pilar Big Data. Dado que es un gran volumen de información, se almacenará en la nube con la ayuda del sistema de computación en nube [ 6 ].
Como individualmente distinguible por el mundo real, las “cosas” pueden ser cualquier cosa como un objeto o una persona. Hoy en día, IoT se utiliza ampliamente, por ejemplo, para el transporte, la atención médica o los servicios públicos. Cosa a cosa, cosa a persona, y humano a hombre forman una red dentro de IoT, conectada a Internet [ 5 ].
Esta red permite el intercambio de información entre dispositivos; es una interacción que va más allá de lo físico, y se centra en lo virtual y en el concepto digital de las cosas. El objeto lleva sensores para que el usuario pueda interactuar física y digitalmente (virtual), mejorando la experiencia del usuario. “Para diferentes fines, la información digitalizada puede utilizarse para ajustar los patrones de producción con el uso del mundo físico y utilizando datos de sensores” [ 5 ].
8. El pilar de computación en nube se refiere a la posibilidad de ofrecer determinados servicios a través de Internet o de la red a un cliente. “Assante y otros caracterizaron la computación en nube para las pequeñas y medianas empresas (PYME) como un fondo común de recursos con rápida elasticidad y servicio medido, autoservicio a la demanda y amplio acceso a la red” [ 5 , p. 3].
La implementación del pilar de computación en nube tiene ventajas relacionadas con la reducción de los costos directos e indirectos, la eliminación de la infraestructura de TI en la organización y la optimización de los recursos de manera dinámica, que los usuarios suelen consumir, o relacionados con la portabilidad de cualquier tipo de dispositivos, conectados a Internet a los que se puede acceder desde cualquier parte del mundo [ 5 ].
Cada servicio tiene sus propias características que lo diferencian entre otros: para el software como servicio (SaaS), la idea se centra en tener un software en la nube, con la opción de ofrecer sus servicios desde el mismo servidor a todos los clientes, pudiendo interactuar con cualquier tipo de software, programa o licencia creada por la empresa, que a partir de ahora se va a llamar el proveedor. La gran ventaja de este sistema radica en la facilidad de gestionarlo, mantenerlo y actualizarlo. En el caso de la infraestructura como servicio (IaaS), lo que el proveedor ofrece es la infraestructura, sus instalaciones, sus servidores y su ancho de banda, para que los clientes puedan desarrollar trabajos de alto rendimiento, que necesitan una gran cantidad de hardware de equipo, Internet de alta velocidad o gran almacenamiento de datos que una persona normal difícilmente tendría. El usuario paga por su uso, evitando el gasto de administración y mantenimiento de servidores o gran almacenamiento de datos [ 11 ].
El servicio PaaS “plataforma como servicio” ofrece una combinación de los dos servicios anteriores, herramientas de hardware y la base de su software, para hacer una nueva aplicación. Los clientes no necesitan instalar ningún software en casa; el proveedor ofrece la base del software, añadiendo la infraestructura para ejecutarlo. Con el PaaS, los usuarios tienen la posibilidad de crear aplicaciones sin preocuparse por la construcción de la infraestructura, o incluso el mantenimiento del servidor. Además de esto, es importante tener en cuenta que los usuarios o clientes pueden hacer su paquete de servicios tan escalable como deseen, ya sea añadiendo más recursos, disminuyendo recursos, o migrando al siguiente nivel de servicio, mientras que este último se refiere a la capacidad y facilidad de poder avanzar de un nivel de IaaS al siguiente como PaaS [ 11 ].
9. Big Data se refiere a una gran cantidad de datos estructurados como datos no estructurados y semiestructurados que es difícil de gestionar, analizar y procesar, dada la complejidad de la gestión de este tipo de datos, la velocidad con la que crecen estas bases de datos, y las múltiples fuentes que lo están produciendo [ 12 ]. Lo importante no es la enorme cantidad de datos, sino lo que las organizaciones pueden hacer con estos datos. Cuando estos datos son analizados por una empresa, un negocio o una organización, permite que estas empresas tomen grandes decisiones para subordinar su economía. Todos los datos generados por las nuevas tecnologías se utilizan para su análisis, como weblogs, identificación de radiofrecuencias (RFID), sensores integrados en dispositivos, maquinaria, vehículos, búsquedas en Internet, redes sociales como Facebook, laptops, smartphones y otros teléfonos móviles, dispositivos GPS y registros del centro de llamadas. Por último, Big Data debe combinarse con una base de datos relacional (estructurada), para que la dirección pueda aumentar su eficacia [ 5 ].
Lo que hace que Big Data sea tan importante es que el usuario puede generar una opinión o un punto de referencia a la información que la empresa no sabía que podía tener, la posibilidad de obtener información externa sobre la empresa que no tenía antes, como comentarios (o “me gusta”) en las redes sociales, resultados de campañas de marketing entre otros que puedan hacernos entender si los productos o servicios están siendo recibidos por el público. Todos estos datos bien organizados tienen su importancia para la empresa para encontrar problemas y resolverlos antes de que puedan ocurrir o encontrar tendencias que puedan utilizar para favorecer la economía de la empresa [ 12 ].
La calidad de los datos es el gran problema que enfrenta el Big Data, debido a lo que se conoce como las Cuatro dimensiones (4Vs): volumen, velocidad, variedad y valor; otros expertos mencionan más dimensiones a tener en cuenta.
De acuerdo con las definiciones de Big Data investigadas, a diferencia del procesamiento tradicional de datos, la primera sugerencia para caracterizar Big Data estaba relacionada en términos de volumen, variedad y velocidad, también llamados los Tres Vs. Con el fin de procesar continuamente grandes cantidades de datos heterogéneos no estructurados recopilados en formatos, como vídeo, audio y texto, entre otros, además, se han intentado otras dimensiones para una mejor caracterización, tales como: veracidad, visión, volatilidad, verificación, validación, variabilidad y valor [ 5 , p. 7].
10. La IA (o Inteligencia Artificial) es considerada separadamente de los robots colaborativos. La IA está empezando a tenerse en cuenta como otro pilar importante de la industria 4.0. La IA es el uso de programas informáticos para realizar tareas complejas. Estos programas se instalan en robots de cualquier tipo (sean sensibles o colaborativos) para realizar tareas o trabajos, dando a los robots la posibilidad de adaptarse a situaciones de manera más rápida y eficiente. La IA ayuda a los robots a aprender autónomamente, actuar lógicamente y comunicarse entre sí. El uso de robots colaboradores, al mismo tiempo que se utilizaba IA, conforma una herramienta fundamental para el funcionamiento óptimo y eficiente de los procesos de producción en la Industria Inteligente o Fábrica Inteligente [ 13 ].
Los métodos de simulación e IA proporcionaron una solución mejorada para la trayectoria de movimiento del brazo robot, lo que ahorra el 5% del tiempo, lo que significa una mejora significativa en la productividad [ 13 ].
Gracias a los sensores instalados en los sistemas de producción, AI permite capturar el consumo de energía de las máquinas individuales, analizar los ciclos de mantenimiento y optimizarlos en el siguiente paso. También puede indicar cuándo los datos operativos son defectuosos. A medida que aumenta la cantidad de datos, el sistema optimiza su eficiencia y permite predicciones más precisas [ 13 ].
11. “La red 5G comprende una arquitectura definida por software, que permite la programación dinámica para proporcionar capas separadas para diferentes aplicaciones. Esto permitirá nuevos y diversos casos de uso empresarial” [ 14 , p. 150]. Es importante hablar de tecnologías o redes 5G ya que este será principalmente el motor de avance de IoT, que permitirá más movilidad y apoyará el increíble crecimiento del número de dispositivos conectados a la red que ya se había mencionado antes. Esta red es de 10 a 100 veces más rápida, y también tiene una mejor capacidad para soportar aplicaciones en tiempo real que 4G LTE. Con velocidades de 10 Gb/s, latencia de menos de 1 mS, soportando varios miles de millones de aplicaciones y miles de millones de máquinas 5G, proporcionará una experiencia de usuario siempre activa [ 14 ].
Hoy en día, las combinaciones entre redes fijas e inalámbricas son necesarias para grandes proyectos de IoT, pero con 5G, será diferente ya que tendrá una fiabilidad de 99.999%, latencia de 1 mS, bajo consumo de energía que remediará las deficiencias de las tecnologías de comunicación existentes y flexibilidad debido a la estandarización para manejar el gran número de dispositivos IoT. Con un crecimiento exponencial de las siguientes tecnologías que impulsarán la Industria 4.0 —fabricación additiva o impresión 3D, tecnologías de sensores, nanotecnología, inteligencia artificial, robótica y drones— no hay duda de que 5G será de gran ayuda, pero será importante añadir que aparecerán nuevas tecnologías y la Industria 4.0 necesita una tecnología de redes de comunicación que satisfaga la industria con el tiempo, la heterogeneidad, la seguridad y la protección de las industrias [ 14 ].
5G permitirá a los fabricantes automatizar operaciones de extremo a extremo y configurar o eliminar prácticamente nuevas líneas de productos o fábricas enteras. Con miles de millones de sensores, robots controlados por máquina y logística autónoma, todos ellos capaces de comunicarse y operar remotamente en tiempo real a través de 5G, los fabricantes pueden lograr enormes ganancias de productividad. 5G será la plataforma que permitirá el crecimiento y la transformación en muchas industrias, contribuyendo directamente al desarrollo social y económico [ 14 ].
Las tecnologías 5G pueden jugar un papel clave en la integración de nuevas tecnologías; las tecnologías mencionadas y los pilares de la Industria 4.0 pueden ofrecer una plataforma para interconectar máquinas, robots, procesos, vehículos autoguiados y mercancías, entre otros. 5G puede ser visto como un pilar adicional que será responsable de la interconexión y comunicación de otros pilares de forma rápida, flexible y segura, proporcionando el apoyo para el crecimiento masivo de IoT en una industria inteligente. En un futuro próximo, 5G será indispensable en cualquier empresa manufacturera que pretenda migrar a la industria inteligente [ 14 ].
En cuanto a los pilares que se utilizarán para diseñar y crear la arquitectura, se planea realizar la primera visita a la empresa manufacturera y sobre la base de lo que se pueda analizar de la empresa, también se seleccionarán los pilares.
3. Transformación de una pequeña y mediana empresa (PYME) en Industria 4.0
Según la Comisión Europea, una PYME es una empresa que emplea a menos de 250 empleados y tiene un balance anual que no supera los 43 millones de euros. Las PYMES, como idea general, tienen deficiencias en muchos aspectos (recursos financieros limitados, falta de cultura organizacional, inversión e investigación y desarrollo en tecnología, entre otros). Si se comparan con las multinacionales, además de la mayoría de las existentes, los modelos de madurez I-4,0 se centran más en las grandes empresas que en las PYME.
No se tiene en cuenta el nivel de desarrollo en el que se encuentran las PYME (la mayoría se considera en un nivel 0) para abordar la migración a I-4,0. Mediante la realización de una encuesta a las PYME, es posible determinar en qué nivel de desarrollo se encuentra la empresa y cuál debería mejorarse inicialmente para entrar en la transformación en Industria 4.0. El aspecto principal a tener en cuenta será que se necesita un modelo de madurez de Industria/Industria Inteligente 4.0 centrado en las PYME que tenga en cuenta el nivel de desarrollo 0, en el que se encuentran la mayoría de ellas; también es conveniente que la empresa haya incluido una herramienta de autoevaluación para conocer el estado en el que se encuentra y el progreso hacia la Industria 4.0; debe tenerse en cuenta que el cambio de nivel 0 a 1 requerirá más tiempo, esfuerzo y recursos de toda la empresa [ 8 ].
A partir de ahora, las pequeñas y medianas empresas deben tener en cuenta esta nueva revolución industrial que trae consigo una revolución tecnológica para mejorar la competitividad de la empresa, como es el caso del SEI Laser que desde principios de la década de 1990 ha ido evolucionando tecnológicamente y recibe a la Industria 4.0 menos disruptiva. La recolección de datos de los actores presentes en la cadena de producción ayudó a SEI Laser a mejorar la productividad laboral que aumentó hasta un 40% y mejoró la capacidad técnica del proceso láser, entre otros. La industria 4.0 ayudará a encontrar soluciones para mejorar cualquiera de los tres elementos principales del modelo de negocio, como capturar valor, ofrecer valor y crear valor [ 15 ].
La migración de una empresa PYME a la Industria 4.0 depende de muchos estados en los que se encuentra la empresa (su organización cultural, sus sistemas de información, su estructura organizativa y sus recursos), que es posible conocer a través de una encuesta de las PYME que ayuda a recoger información para conocer la situación de la empresa y finalmente centrarse en la Industria 4.0 [ 16 ].
3.1 Automatización y mejora del proceso
Hoy en día, el mercado cambiante requiere procesos de producción con flexibilidad, adaptabilidad y agilidad en tiempo real para cualquier empresa. Por lo tanto, la automatización de fabricación o Smart Factory es la respuesta a este problema. La automatización o digitalización aporta beneficios, por ejemplo, con el proceso de virtualización, el mundo físico puede vincularse virtualmente (modelos virtuales y de simulación). Otro beneficio es la capacidad en tiempo real; con los sensores (IoT), es posible analizar los datos continuamente para reaccionar a cualquier cambio en el entorno en tiempo real. Internet de las cosas (IoT) permite la conexión de máquinas, personas y sistemas en la empresa, mejorando el proceso de producción [ 17 ].
Cuando una empresa invierte en “Industria 4.0”, cambiará aspectos tecnológicos, procesos de desarrollo de productos, marketing, logística, fabricación, servicios posventa y seguridad [ 18 ]. Mayor calidad, producción flexible, planificación avanzada y control con datos relevantes en tiempo real, reacción rápida a cambios en la demanda, nivel de stock, errores por mencionar otras ventajas y mejoras en la empresa [ 17 ].
3.2 ¿Cómo migrar?
Es posible decir que migrar a la Industria 4.0 es bastante complejo y no se trata sólo de implementar nuevas tecnologías y hacer grandes inversiones en equipos, maquinaria, software, hardware, robots y educación [ 15 ]. Es una visión y un cambio disruptivo en la forma en que las empresas han estado trabajando hasta ahora. Ya hay reportes de empresas experimentadas que están viviendo en el proceso de transformación hacia la Industria 4.0 gradualmente, ya que no es aconsejable cambiar completamente la estructura entera porque puede generar trastornos mayores en el proceso de producción. Hay recomendaciones para la migración y un proceso de transición entre el modelo productivo actual y a dónde quiere ir la empresa, que es una industria digitalizada e inteligente [ 16 ].
Uno de los modelos fue propuesto por Jhon Paul Kotter. Este capítulo va a resumir en ocho pasos de la metodología propuesta: crear el sentido de urgencia para migrar; formar una coalición; crear una visión: comunicación visual; eliminar obstáculos; integrar a otros dándoles facultades; generar resultados a corto plazo; profundizar los cambios; y crear cambios institucionales. Por otra parte, es importante mencionar que hay una serie de requisitos relacionados con saber si una industria específica es inteligente, digitalizada o Industria 4.0 [ 19 ].
Entre los requisitos, cabe mencionar: un modelo de producción interconectado entre los componentes de la cadena de producción y cada uno de sus procesos, la digitalización de documentos mejorando la eficiencia y optimizando los recursos, un modelo de producción automatizado, digitalizado e integrado de la gestión a la cadena de producción, volver a la escuela todo el personal que trabaja en la empresa para ser un miembro proactivo en cada uno de los departamentos que componen la empresa, un nuevo modelo de gestión optimizando la máquina de relaciones máquina-máquina, hombre-hombre, un cambio en los aspectos culturales tradicionalmente gestionados en la autogestión, gestión, cultura empresarial, un aumento en la producción, personalización del producto o pensamiento de servicio del cliente final [ 15 , 16 ].
El modelo productivo, que se consideró relacionado con la necesidad personalizada del cliente final, una transformación completa del modelo de negocio, tanto a nivel de oferta como de demanda, nuevas plataformas de servicios que optimizan la propuesta de valor, optimizan la gestión de datos e información, adaptan o crean nuevos estándares en los diferentes elementos que forman parte de la Industria 4.0, redefinen los conceptos de calidad, aseguran el prestigio de la empresa, aumentan la seguridad cibernética de datos e información, modifican o adaptan las leyes de diferentes países al nuevo modelo de producción, la adaptación de las relaciones internacionales a nivel comercial, miden el impacto ambiental generado por el nuevo modelo de negocio, para incluir conceptos como felicidad, alegría, bienestar en las personas vinculadas al proceso de producción.
3.3 Rendimiento de las inversiones
El rendimiento de las inversiones es un elemento clave en el mundo empresarial. Por esta razón, al migrar o digitalizar una empresa, debe hacerse de manera personalizada y de acuerdo con el modelo de cada negocio. Durante este proceso, los aspectos tecnológicos no deben ser lo único que debe enfocarse entre las transformaciones a un nuevo modelo de producción. Es muy importante profundizar en los beneficios y esfuerzos que conlleva la migración a una industria digitalizada. Para hacerlo, un proceso clave es calcular meticulosamente el rendimiento de la inversión en cada aspecto que se migra; puede ser tecnológico, gestión de la formación, mejora de procesos, automatización, etc. [ 20 ].
Estos cálculos deben realizarse en cada área para conocer exactamente los beneficios que podrían obtenerse al realizar la migración, y con esa información, los ejecutivos de la empresa tendrán mejores herramientas para decidir cómo realizar la migración a la Industria 4.0 o cómo debe ajustarse para obtener un mejor rendimiento de la inversión. Se debe estimar a lo largo del tiempo, ya sea a corto, medio y largo plazo, y se recomienda realizarlo en diferentes fases, con el fin de mantener una retroalimentación continua durante todo el proceso; para las PYME, es de aproximadamente 12 años, mientras que para las grandes empresas, es de aproximadamente 7 años.
En el proceso de transformación, hay algunos pasos recomendados: análisis del estado actual de la empresa, objetivos bien definidos para la transformación, un plan de trabajo para lograr los objetivos, cálculo del rendimiento de la inversión en cada fase y área donde se producirá la transformación, y un informe detallado a los ejecutivos de la empresa.
3.4 Impuestos
En general, los ministerios de finanzas, industria y economía están haciendo grandes esfuerzos para la digitalización de muchas empresas de diferentes industrias. Para hacer un seguimiento de este proceso, cuentan con diferentes plataformas que les permiten identificar el avance de cada empresa y los desafíos que enfrentan al transformarse en Industria 4.0. Uno de los aspectos relevantes de la nueva revolución industrial será la gestión de recursos por parte de los diferentes ministerios. En este momento, cada país los maneja con diferentes plataformas y herramientas, y el nivel de eficiencia es diferente para cada caso [ 21 ].
Tal vez el problema de la gestión de recursos, recibido por el Estado a través de los contribuyentes, depende mucho de las características culturales, sociales y políticas y los sistemas de control. Los ministerios de finanzas no están exentos de adaptar todos sus instrumentos y sistemas de trabajo para una gestión plenamente digitalizada de los recursos y la administración. El objetivo es mejorar la eficiencia y el control de la recaudación de impuestos; se necesitan plataformas más inteligentes y procesos de gestión que puedan compartir información con diferentes industrias en tiempo real y en cada paso de la producción; permite coordinar constantemente la gestión financiera entre proveedores y clientes, y la información proporcionada puede evaluarse de manera más rápida y eficiente [ 21 ].
Para ello, la agencia tributaria, así como las industrias, tendrán que digitalizar para tener una mejor gestión de los recursos públicos, minimizando las posibilidades de actos criminales y evasión, resultantes de mala gestión económica y mala gestión de la información en tiempo real, que conducirá a un aumento en la recolección pública y permitirá mejorar la calidad de vida de los ciudadanos.
3.5 Normalización
La estandarización en la cadena productiva y el modelo de negocio requiere interfaces que permitan a todos los niveles del sector productivo manejar un lenguaje común, para que cada elemento sea fundamental para la correcta gestión del modelo de negocio; y no ser entidades independientes que desempeñen su función individualmente bajo un objetivo común. La idea es que todo está integrado y para lograrlo, se requiere una nueva cultura productiva.
Por otro lado, los estándares tradicionales conocidos como ISO e IEC tendrán que evolucionar hacia nuevos estándares de acuerdo con la industria digitalizada e inteligente. En otras palabras, se necesitarán facilitadores tecnológicos para hacer posible una Industria 4.0. Estos facilitadores tecnológicos deben estar presentes en todos los pilares existentes y otras entidades tecnológicas fundamentales, como la telefonía móvil 5G y los nuevos programas informáticos de gestión (CRM, ERP, PLM, etc.).); la integración entre la gestión, la producción logística y otros softwares será fundamental para la transición a la Industria 4.0 y la toma de decisiones de la dirección de la empresa.
3.6 Economía
Al comienzo de la cuarta revolución industrial, todos los modelos económicos, financieros, sociales, culturales y ambientales recibirán un gran impacto; deben adaptarse a esta nueva revolución. Uno de los mayores desafíos es el impacto negativo en el medio ambiente del modelo de producción tradicional; afecta a la vida humana, pero no hay suficiente conciencia para empezar a enfrentarlo. Tal vez la gente piensa que afectó a otros y no a sí mismos.
Los grandes volúmenes de plásticos producidos van al océano, los alimentos producidos que terminan arrojados a la basura, computadoras, teléfonos, automóviles en las existencias de empresas debido a la sobreproducción que supera la demanda, el consumo excesivo de electricidad, el uso excesivo de vehículos de gas, las políticas deficientes para mitigar y controlar la contaminación ambiental, el exceso de CO 2 emisiones, incluidos el equipo informático y los romos informáticos [ 22 ].
Por todas estas razones, la Industria 4.0 es una oportunidad para modificar todos estos aspectos superficialmente considerados del modelo económico tradicional. Debe haber conciencia de que los recursos naturales son limitados y no se puede permitir que continúen destruyéndolos como se está haciendo hasta ahora. El nuevo modelo económico debe considerar la necesidad de proteger los recursos naturales y reducir al mínimo el impacto ambiental. Se debe tratar de unificar dos conceptos: crear riqueza y bienestar, pero al mismo tiempo causar un impacto ambiental mínimo.
Del mismo modo, una de las grandes apuestas para la Industria 4.0 es el aumento de la productividad generando mayor riqueza, pero una consecuencia de esa riqueza debe ser mayor equidad en la distribución de recursos como resultado de una buena gestión del control fiscal y fiscal por parte del ministerio. Un grave error sería centrarse en la sobreproducción y la explotación de los recursos naturales, y descuidar el impacto que tiene en la naturaleza. Algunos economistas la llaman economía circular, economía biofísica y economía ecológica. Esta economía se basa en tres principios: preservar el capital natural mediante el control de los recursos naturales y renovables, optimizar los recursos utilizados más veces, promover un sistema más eficiente que elimine los aspectos externos e internos de la cadena productiva y, en particular, que tenga un impacto ambiental mínimo, no diseñar productos de desecho, diversidad elástica y flexible, aumento de la energía renovable, considerar todo como un sistema, reevaluar los costos y la gestión de precios [ 23 ].
3.7 Retos jurídicos en la industria 4.0
Es un hecho bien conocido para las personas que trabajan en la ciencia y la ingeniería que este campo ha evolucionado más rápido que el entorno legal o las constituciones de los países; es importante destacar que la mayoría de las constituciones de los países son de siglos pasados, y lo que hacen los juristas es adaptar los avances tecnológicos y científicos a la ley actual. Esto se ha hecho a lo largo de la historia y es por ello que es evidente que la ciencia y el marco jurídico en general son asincrónicos y anticuados, causando dificultades en la aplicación y el desarrollo científico en tiempo real. Además, los expertos no tecnológicos toman la decisión final sobre cuestiones científicas y avances tecnológicos. Por esta razón, la adaptación del marco jurídico es necesaria y debe evolucionar constantemente en paralelo con las ciencias y los avances tecnológicos.
Por otro lado, un entorno digitalizado plantea nuevos retos a los clientes; ya sean personas físicas o empresas, se reevaluará la forma de trabajar y las relaciones; deben adaptarse a las nuevas necesidades y también a la protección, la seguridad, etc. de la información son importantes. De la misma manera, será necesario trabajar en valores y ética, ya que el elemento más importante de la cuarta revolución industrial será la gestión de la información, la regulación para lograrlo, y la adaptación de todos los sistemas jurídicos a un mundo plenamente digitalizado.
3.8 Tendencias futuras: Industria 5.0 o Sociedad 5.0
La industria 5.0 hace un gran cambio de perspectiva; el núcleo de la Sociedad 5.0 se centra en las personas como eje fundamental del sector productivo. Tanto los campos de producción como de comercialización coinciden en que más allá del foco de la Industria 5.0 está la Sociedad 5.0. En Society 5.0, los productos o servicios ofrecidos se adaptarán a las necesidades del cliente. La intención es llegar a una fusión entre el desarrollo tecnológico y el ser humano, con el objetivo principal de que las personas y las máquinas complementen sus actividades, y no las personas que son reemplazadas por máquinas. El uso de cobots y robots es un cambio fundamental para la colaboración de tareas repetitivas, peligrosas e inseguras. Además, el trabajo humano será la producción intelectual, lo que significa que será necesario estar calificado para ser proactivo en este modelo de sociedad [ 24 ].
Se espera que este nuevo enfoque de interacción hombre-máquina aumente la producción y ofrezca una mayor satisfacción tanto al trabajador como al cliente final, con productos personalizados. Una vez más, es importante enfatizar que Industria 5.0 va más allá de un proceso de producción, y busca una Sociedad 5.0, pensado y hecho para las personas y los cobots integrados.
Una de las grandes contradicciones con las generaciones anteriores es el modelo centrado en las personas. La automatización de los procesos, la introducción de los cobots y la evolución de la tecnología permiten a las personas desarrollar nuevas habilidades en el proceso de producción.
En este enfoque disruptivo, para lograr una sociedad inteligente la educación necesita cambiar de su forma tradicional, se necesitan nuevas herramientas, software y hardware, que deben integrarse con los cobots, y la formación tecnológica de las personas para la Sociedad 5.0. Una gran diferencia entre la Industria 4.0 y la Sociedad 5.0 es que la Industria 4.0 tiene la robótica y otros pilares tecnológicos como el centro de la revolución industrial, mientras que en la Sociedad 5.0 la tecnología complementa o colabora con el trabajo humano. Es importante destacar que los avances tecnológicos logrados en la Industria 4.0, aumentan la eficiencia y la productividad de la Sociedad 5.0, añadiendo el enfoque en el proceso productivo a la creatividad y la artesanía de los seres humanos. Se espera una visión diferente, otro aspecto relevante en esta nueva sociedad es el medio ambiente como prioridad y la economía circular [ 24 ].
Además, es importante mencionar que la personalización de productos y servicios se realiza de acuerdo con las exigencias reales del mercado, con el fin de evitar el exceso de oferta y los inventarios insalvables, lo que ocurre en la Industria 4.0; la idea principal es producir lo que la población realmente necesita, lo que conduce a un mínimo sobre costos y residuos debido a la sobreproducción. Esto también reduce el CO 2 las emisiones y el impacto ambiental.
La visión es una sociedad donde industrias inteligentes, automóviles autónomos, ciudades inteligentes, etc. están integrados, además de las acciones contra el cambio climático es: minimizar todos los problemas negativos en el mundo empresarial y los sistemas de gestión. Una sociedad más solidaria, con una mayor cooperación entre las personas, las comunidades y los países, una mayor confianza entre las personas, una corrupción mínima en la gestión pública, una distribución más equitativa de los recursos pueden ser una idea ideal; en cuanto a los mercados, la base del proceso de producción sería una mayor confianza y credibilidad entre los clientes y las empresas [ 25 ].
Se espera que la Sociedad 5.0 sea más inclusiva y respetuosa con el medio ambiente, así como una mejor gestión de la individualidad y una integración simultánea con el medio ambiente y la sociedad. La expectativa general es un mundo más sostenible en el que las cuestiones ambientales, sociales y de impacto económico estén relacionadas e integradas.
3.9 Economía circular
La economía circular ha comenzado a implementarse en la Industria 4.0 y será el elemento fundamental para el desarrollo de la Sociedad 5.0. En esta economía, desperdiciar, destruir o tirar son conceptos reevaluados y cambiados para reutilizar y reciclar; nada se desperdiciará y todo lo que no se utiliza se considera un recurso para el proceso productivo; por lo tanto, reparar, adaptar y actualizar será parte de la vida cotidiana, no sólo para unos pocos sino para toda la gente de la sociedad 5.0. Innovar, reciclar y preservar serán conceptos cotidianos para las personas que participan en esta sociedad.
4. Conclusiones
Este documento muestra una visión del presente y el futuro de la Industria 4.0. Este capítulo incluye una introducción a la historia de las revoluciones industriales, los pilares de la Industria 4.0 como la revisión sistemática, redes 5G e inteligencia artificial que se incorporan como otros pilares porque algunos expertos los consideran importantes en la Fábrica Inteligente. Se examinan un enfoque económico y un enfoque basado en el rendimiento de la inversión para ver los beneficios que aporta la Fábrica Inteligente. Además, este documento proporciona una herramienta esencial en el proceso de migración a la Industria 4.0, la encuesta. Finalmente, cubre lo que es la Sociedad 5.0 y una visión futura de la Industria 5.0 que se espera que comience en 2020.
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