¿Cuáles son los estándares de la Industria 4.0?
La industria 4.0 es una arquitectura holística de automatización, información empresarial y ejecución de manufacturas para mejorar la industria con la integración de todos los aspectos de la producción y el comercio a través de las fronteras de la empresa para una mayor eficiencia. El término Industria 4.0 se originó en Alemania, pero los conceptos están en armonía con iniciativas mundiales, incluyendo fábricas inteligentes, Internet Industrial de las Cosas, fabricación inteligente y fabricación avanzada.
Nacimiento de la industria 4.0
La iniciativa Industry 4.0 se inició como parte de un plan estratégico alemán de alta tecnología de 10 puntos creado en 2006. El 14 de julio de 2010, el gabinete alemán decidió continuar la estrategia mediante la introducción de la iniciativa Estrategia de Alta Tecnología 2020 que centra la política de investigación e innovación del país en proyectos seleccionados con visión de futuro relacionados con el desarrollo científico y tecnológico durante diez a quince años. La industria 4.0 es una visión de la industria integrada implementada mediante el aprovechamiento de tecnologías informáticas, de software y de Internet. El 4.0 se refiere a la idea de una cuarta revolución industrial:
La estrategia alemana hace hincapié en la cooperación entre la industria y la ciencia para promover vínculos más estrechos entre los conocimientos y las competencias. El informe final del grupo de trabajo Industrie 4.0, Recomendaciones para la implementación de la Iniciativa Estratégica INDUSTRIA 4.0 , describe el uso de Internet de las cosas tecnologías, comunicaciones y servicios web en la fabricación. Permiten crear redes que incorporan todo el proceso de fabricación que convierten las fábricas en entornos inteligentes. Los vínculos incluyen máquinas inteligentes, sistemas de almacenamiento e instalaciones de producción que cuentan con integración de extremo a extremo, incluyendo logística de entrada, producción, comercialización, logística de salida y servicio. Se prevé que la industria 4.0 cree una cooperación más estrecha entre los socios comerciales (por ejemplo, proveedores y clientes) y entre los empleados, proporcionando nuevas oportunidades de beneficio mutuo.
Visión
La visión de la Industria 4.0 es aumentar significativamente la productividad, eficiencia y autogestión de procesos de producción donde personas, máquinas, equipos, sistemas logísticos y componentes de trabajo en proceso se comunican y cooperan directamente entre sí. Un objetivo importante es la aplicación de eficiencias de producción en masa de bajo costo para lograr la fabricación a medida de la cantidad uno mediante el aprovechamiento del procesamiento y las comunicaciones integradas. Los procesos de producción y logística se integran inteligentemente a través de los límites de la empresa, creando un ecosistema de fabricación magra en tiempo real que es más eficiente y flexible. Esto facilitará cadenas inteligentes de creación de valor que incluyen todas las fases del ciclo de vida del producto desde la idea inicial del producto, el desarrollo, la producción, el uso y el mantenimiento hasta el reciclaje. De esta manera, el ecosistema puede utilizar los deseos del cliente para todo, desde la idea del producto hasta el reciclaje para ser receptivo y continuamente hacer mejoras.
Industria 4.0, mostrando las cuatro revoluciones industriales
Las empresas en red de la cadena de suministro permiten optimizar los pasos de producción individuales y toda la cadena de valor. Por ejemplo, una información completa en tiempo real permite a las empresas reaccionar durante la producción ante la disponibilidad de ciertas materias primas basadas en el precio, la calidad y otros factores para una eficiencia óptima. Los vínculos externos permiten controlar los procesos de producción a través de las fronteras de las empresas para ahorrar recursos y energía.
Se prevé que la digitalización de la industria fomente nuevos modelos empresariales y ofrezca grandes oportunidades a las pequeñas y medianas empresas. Esto ya está empezando a suceder. Por ejemplo, para construir piezas metálicas de bajo volumen, las empresas construyen modelos virtuales en 3D y utilizan sinterización láser de metal directa (DMLS), un proceso aditivo similar a la impresión en 3D que deposita capas de polvo de metal fundido por láser para crear piezas. Estas partes son de metal totalmente denso con excelentes propiedades mecánicas. Curiosamente, el proceso DMLS puede producir geometrías complejas que los procesos de mecanizado tradicionales no son capaces de crear.
Fabricación asíncrona
Las líneas tradicionales de fabricación de ensamblaje son síncrono , con flujos de trabajo predefinidos basados en órdenes de trabajo de producción que funcionan en sistemas empresariales empresariales. Los pasos de producción se comunican centralmente a cada estación de fabricación sincronizada con la línea de montaje. En contraste, la Industria 4.0 se basa en la fabricación asincrónica, con componentes en el flujo de producción utilizando tecnología de identificación automática para informar a cada máquina y operador lo que se necesita hacer para producir el producto final personalizado en cada paso del proceso de producción. El uso de nuevas máquinas flexibles que se adapten a los requisitos de la pieza que se está fabricando es otra dimensión de la Industria 4.0. Esto logra un proceso de producción altamente flexible, magro y ágil que permite la producción de una variedad de diferentes productos en la misma planta de producción. La personalización de masa rentable permite la producción de lotes pequeños (incluso tan pequeños como elementos únicos) debido a la capacidad de configurar rápidamente las máquinas para adaptarse a las especificaciones suministradas por el cliente y la fabricación de aditivos.
Análisis
Los sistemas de la industria 4.0 capturan una amplia gama de datos que se pueden utilizar para mejorar el rendimiento y la productividad con la aplicación de análisis. El análisis se utiliza de varias maneras, incluido el mantenimiento predictivo en tiempo real, que ayuda a las empresas manufactureras a evitar la interrupción de la producción por fallas de máquinas no planificadas en el piso de fábrica, mejorando directamente la utilización de activos. Otra aplicación es la optimización de las operaciones de producción, mejorando la productividad y la eficiencia energética.
Tecnología
La implementación de la visión de la Industria 4.0 se está haciendo posible con avances tecnológicos dramáticos impulsados por el Internet de Cosa, incluyendo plataformas de software abiertas, comunicaciones abiertas, modelos de datos abiertos y potentes procesadores integrados. Industria 4.0 utiliza el término sistemas cibernéticos y físicos (CPS) describir la interacción de la física y la informática, incluida la inteligencia integrada a todos los niveles, incluidas las máquinas, los sensores, los actuadores, las piezas de producción, los subconjuntos y los productos que se están produciendo. Los CPS se componen de entidades físicas, como mecanismos controlados o supervisados por algoritmos basados en computadoras. Un ejemplo actual de la aplicación de CPS son los sistemas de accionamiento mecatrónico que utilizan procesadores y comunicaciones integrados en motores para realizar operaciones coordinadas en una máquina de embalaje sin engranajes físicos. Esto ahorra costes significativos, proporcionando una mayor flexibilidad y una mayor fiabilidad.
Impulsor competitivo
Una fuerza motriz que motiva la adopción de una mayor automatización de procesos y manufacturas en todo el mundo es la comprensión de que perseguir bajas tasas de mano de obra ya no es una estrategia ganadora. El mantenimiento de la competitividad y la flexibilidad sólo puede lograrse aprovechando las últimas tecnologías, con la automatización como componente fundamental para que esta transición tenga éxito.
La adopción de nuevas tecnologías en tiempos de innovación significativa es fundamental para el éxito de la fabricación. La historia tiende a repetirse; considera el automóvil, un juguete de los ricos a principios del siglo XX. Henry Ford estaba decidido a construir un coche sencillo, fiable y asequible, que resultó en el modelo T Ford producido con la revolucionaria línea de montaje de Ford. Ford continuó refinando los métodos de la línea de montaje, reduciendo el tiempo de producción de un modelo T de más de 12 horas a 93 minutos. Para 1914, Ford tenía una participación del 48 por ciento en el mercado de automóviles. Los competidores tenían que implementar líneas de montaje, o arriesgarse a quebrarse porque no podían competir.
El panorama competitivo no es estático, como lo demuestra la pérdida de cuota de mercado de la industria automotriz estadounidense. En 1960, el 48 por ciento de todos los automóviles fueron producidos en los EE.UU. En 1997, el número se redujo al 23 por ciento, más de un 50 por ciento de pérdida de cuota de mercado. En 1997, Japón produjo el 21% de los automóviles. El éxito de los fabricantes de automóviles japoneses se atribuyó a los métodos de fabricación avanzados, la automatización agresiva y el uso agresivo de la robótica (Japón tiene actualmente 323 robots por cada 10.000 personas). Durante ese mismo período, los fabricantes de automóviles estadounidenses tuvieron acceso a las mismas tecnologías y métodos, pero no se aprovecharon de ellos hasta que fueron obligados por factores económicos.
Los fabricantes de todo el mundo están reconociendo la necesidad de una mayor automatización para producir productos de manera eficiente con precisión y calidad consistente. Por ejemplo, en 2014 China fue el mayor mercado para la venta de robots industriales, según la Federación Internacional de Robótica. Sobre la base de la tasa actual de adopción de robots, parece que dentro de dos años habrá más robots industriales en las fábricas chinas que la Unión Europea o los Estados Unidos.
Perspectiva histórica: la cooperación es esencial
La industria ha buscado la integración desde la década de 1980. El concepto más prominente, llamado Fabricación integrada por ordenador , integra la empresa manufacturera total para aumentar la productividad y eficiencia de la fabricación. La visión vincula y coordina electrónicamente áreas funcionales, incluyendo diseño, análisis, planificación, compra, contabilidad de costos, control de inventario, máquinas CNC y manejo de materiales. El Protocolo de Automatización de Fabricación (MAP) publicado en 1982 definió un estándar de red informática para la interconexión de dispositivos de múltiples fabricantes para combatir la proliferación de estándares de comunicaciones incompatibles utilizados por proveedores de productos de automatización como controladores programables. En 1986, la empresa Boeing fusionó su Protocolo de Oficina Técnica con la norma MAP, y la norma combinada fue conocida como MAP/TOP. Aunque fue promovido y utilizado por fabricantes como General Motors, Boeing y otros en un pequeño número de proyectos, fue engorroso y costoso con la tecnología disponible. Un reto importante fue la integración de componentes de diferentes proveedores, incluyendo controladores lógicos programables, máquinas herramienta CNC, transportadores y robots utilizando diferentes protocolos de comunicación. También había normas de intercambio de datos y protocolo en competencia entre Estados Unidos y Europa, lo que era contraproducente.
Adopción mundial
La iniciativa alemana Industry 4.0 está influyendo en el pensamiento en todo el mundo, lo que a su vez influye en otras iniciativas y esfuerzos cooperativos.
Made in China 2025 iniciativa e Industria 4.0
China 2015 adopta el concepto de la cuarta revolución industrial como parte de un plan de 10 años, Made in China 2025, una iniciativa para mejorar globalmente la industria china con el objetivo de ponerse al día con las centrales de producción como Alemania y defenderse de la competencia de otros países en desarrollo con menores costos laborales. El plan se centra en 10 sectores, entre ellos la maquinaria y la robótica informatizadas de alta gama, el equipo aeroespacial, los automóviles de energía renovable y la medicina biológica.
El 14 de julio de 2015, el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania (BMWi) y el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información de China firmaron un memorando de entendimiento sobre la cooperación entre los dos países en el ámbito de la Industria 4.0. El memorándum vincula la industria de BMWi 4.0 con la iniciativa china Made in China 2025, fortaleciendo así la asociación de innovación entre los dos países.
China reconoce que sigue habiendo medios competitivos para adoptar la automatización. Esto lo ilustra la fábrica de Changying Precision Technology Company en la ciudad de Dongguan, al norte de Shenzhen; es la primera fábrica no tripulada dirigida por robots controlados por computadora, equipo de mecanizado de control numérico, camiones de transporte no tripulados y equipo de almacén automatizado. Se sustituyó a seiscientos trabajadores humanos de la línea de ensamblaje por automatización, lo que dio lugar a una reducción de cinco veces en los errores de fabricación y un aumento de la producción de más del 250 por ciento.
Este año, la Federación Internacional de Robótica (IFR) informó que China ocupa actualmente el 28o lugar en robots per cápita, pero señala que hace unos cinco años China se embarcó en un juego histórico sin precedentes de puesta al día. IFR informó que la compra de robots en China aumentó 56 por ciento a alrededor de 57,000 unidades en 2014. Se prevé que China tenga más de un tercio de los robots industriales instalados en todo el mundo para 2018.
Japón
- dar a la industria manufacturera modelos de servicio utilizando sus productos como componentes competitivos clave
- conectar a los pequeños y medianos fabricantes en una cadena de suministro/ingeniería, dando lugar a una alta calidad y productividad
Marca en la India
Make in India - fue lanzado por el Primer Ministro Narendra Modi el 25 de septiembre de 2014 para promover el crecimiento de la industria manufacturera de la India. Make in India - es una iniciativa del gobierno de la India para alentar a las empresas multinacionales, así como nacionales, a fabricar sus productos en la India. India hizo este anuncio a nivel mundial como el país asociado en el MENSO HANNOVER 2015. India tiene la intención de aprovechar conceptos de la Industria 4.0 y nuevas tecnologías en iniciativas para la fabricación, ciudades inteligentes e infraestructura general como parte de la iniciativa India Digital del país.
Smart Manufacturing Leadership Coalition
La Smart Manufacturing Leadership Coalition (SMLC) fue fundada en los Estados Unidos para superar los costos y riesgos asociados con la comercialización de sistemas de fabricación inteligentes. El SMLC no ha adoptado explícitamente la Industria 4.0, pero su visión y misión abarcan muchos de los mismos conceptos. La misión de SMLC es liderar la transformación del sector industrial en un entorno en red, impulsado por la información, en el que una plataforma de fabricación abierta e inteligente admite aplicaciones de alto valor en tiempo real para los fabricantes. La misión es optimizar los sistemas de producción y las cadenas de valor y mejorar radicalmente la sostenibilidad, la productividad, la innovación y el servicio al cliente. SMLC tiene la intención de desarrollar una infraestructura de fabricación de arquitectura abierta basada en la nube y el mercado a través de la colaboración de líderes de pensamiento en la industria, el mundo académico, los consorcios y el gobierno. Los objetivos de SMLC incluyen integrar sistemas y datos a nivel de planta, acelerar el desarrollo y el despliegue de aplicaciones reutilizables, proporcionar una infraestructura abierta y segura accesible y asequible para todos, y abarcar la evolución de las necesidades empresariales y las nuevas oportunidades de mercado de manera ágil.
Normas
La industria 4.0 y las iniciativas conexas reconocen que la construcción eficiente de procesos de producción autogestionados requiere estándares abiertos de software y comunicaciones que permitan a los sensores, controladores, personas, máquinas, equipos, sistemas logísticos y productos comunicarse y cooperar directamente entre sí. Los futuros sistemas de automatización deben adoptar normas de software de interoperabilidad multivendor de código abierto y de comunicación similares a las que existen para los ordenadores, Internet y los teléfonos celulares. Las demostraciones de la industria 4.0 lo reconocen aprovechando los estándares existentes, incluidos los estándares de lotes ISA-88, los estándares de integración de sistemas de control empresarial ISA-95, OPC UA\, IEC 6-1131-3 y PLCOpen.
La armonización de estándares en todo el mundo recientemente dio otro paso adelante cuando representantes de la alianza alemana Platform Industrie 4.0 y el Consorcio Industrial de Internet con sede en Estados Unidos se reunieron en Zurich, Suiza, en marzo de 2016 para explorar la posible alineación de sus dos esfuerzos de arquitectura, respectivamente, el Modelo de Arquitectura de Referencia para Industrie 4.0 (RAMI4.0) y la Arquitectura Industrial de Referencia de Internet (IIRA).
El 6 de abril de 2016, la Fundación OPC y el Grupo de Gestión de Objetos (OMG) anunciaron una estrategia de colaboración para la interoperabilidad técnica que abarca el estándar OPC Unified Architecture (OPC UA) y OMG Data Distribution Service (DDS).
Se trata de importantes esfuerzos cooperativos que ilustran la madurez de la industria de automatización industrial. Reconocen que la fabricación tiene interdependencias a nivel mundial que requieren normas comunes e interoperabilidad.
Industria 4.0 automatización de procesos
La aplicación de conceptos de la Industria 4.0 para la automatización de procesos está emergiendo con el nuevo grupo de trabajo de NAMUR que aborda los intercambios de experiencias, los desarrollos conceptuales y la formulación de requisitos para los siguientes temas:
- identificación de oportunidades y potenciales para la producción hoy y en el futuro
- descripción del requisito de los enfoques de la Industria 4.0 desde la perspectiva de NAMUR
- posicionamiento de NAMUR en las actividades de la Industria 4.0
En cooperación con la Asociación de Ingenieros Alemanes y la Asociación de Tecnologías Eléctricas, Electrónicas y de la Información, en noviembre de 2015 NAMUR publicó Los sensores de proceso de hoja de ruta de nueva tecnología 4.0. La hoja de ruta tecnológica identifica los requisitos necesarios, así como las funciones de comunicación para los sensores de proceso desde un simple sensor de temperatura hasta dispositivos complejos. Las funciones incluyen conectividad y comunicación con un protocolo unificado, funciones de mantenimiento y funcionamiento, trazabilidad y cumplimiento, una descripción virtual para apoyar la ingeniería continua y la interoperabilidad.
Un concepto básico es el procesamiento integrado en sensores que se comunican con sistemas de control y directamente con sistemas empresariales. La aplicación de la automatización de procesos de la Industria 4.0 fue demostrada por los proveedores en el MENSE HANNOVER 2015. Se centraron en tres aspectos distintos de la industria 4.0 en la automatización de procesos: la integración vertical con vínculos desde dispositivos sobre el terreno hasta el control empresarial; la integración horizontal para optimizar los resultados de la cadena de valor; y la ingeniería, la planificación y el control de procesos de extremo a extremo.
Sistema de demostración de la industria 4.0
SmartFactoryKL y el Centro Alemán de Investigación para la Inteligencia Artificial, junto con 18 socios, han estado demostrando una línea de producción que ilustra conceptos de la Industria 4.0 en eventos de la industria, incluyendo HANNOVER MESSE en Alemania.
Profesionales de la automatización
El papel de los profesionales de la automatización sigue cobrando importancia con la creciente sofisticación e integración de la automatización.
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