¿Cuáles son los objetivos de la Industria 4.0?

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La industria 4.0 es un término que se utiliza a menudo para referirse al proceso de desarrollo en la gestión de la fabricación y la producción en cadena. El término también se refiere a la cuarta revolución industrial.

El término Industria 4.0 fue presentado públicamente en 2011 como “Industrie 4.0” por un grupo de representantes de diferentes campos (como negocios, política y academia) bajo una iniciativa para mejorar la competitividad alemana en la industria manufacturera. El gobierno federal alemán adoptó la idea en su estrategia de alta tecnología para 2020. Posteriormente, se formó un grupo de trabajo para seguir asesorando sobre la aplicación de la iniciativa Industria 4.0.

En 2003, elaboraron y publicaron su primer conjunto de recomendaciones. Su visión implicaba que

La industria 4.0 sigue siendo un término bien conocido en las zonas de habla alemana. En consecuencia, esta guía tendrá por objeto tratar de definir el término , explorando el Principios de diseño , el ventajas y los desafíos enfrentándose a un enfoque de este tipo, y tratar de cuantificar la potencial tumbado debajo .

Para poder entender cómo la Industria 4.0 se convirtió en la palabra de moda de hoy, una mirada a sus predecesores podría darnos una perspectiva sobre cómo esta revolución en particular es diferente. El siguiente diagrama muestra un cronograma de la evolución de la industria manufacturera y del sector industrial en general (Fuente: Deloitte ).

La primera revolución industrial

La revolución industrial en Gran Bretaña entró para introducir máquinas en la producción a finales de los 18 ió siglo (1760-1840). Esto incluía pasar de la producción manual al uso de motores a vapor y agua como fuente de energía.

Esto ayudó mucho a la agricultura y el término “fábrica” se hizo un poco popular. Una de las industrias que se benefició mucho de tales cambios es la industria textil, y fue la primera en adoptar tales métodos. También constituía una gran parte de la economía británica en ese momento.

La segunda revolución industrial

La segunda data de 1870 a 1914 (aunque algunas de sus características se remontan a 1850) e introdujo sistemas preexistentes como telégrafos y ferrocarriles en las industrias. Tal vez la característica definitoria de ese período fue la introducción de la producción en masa como medio primario para la producción en general.

La electrificación de las fábricas contribuyó enormemente a las tasas de producción. La producción en masa de acero ayudó a introducir ferrocarriles en el sistema, lo que contribuyó a la producción en masa. Las innovaciones en química, como la invención del tinte sintético, también marcan tal período como la química estaba en un estado bastante primitivo entonces.

Sin embargo, tales enfoques revolucionarios de la industria fueron puestos a su fin con el comienzo de la Primera Guerra Mundial. La producción en masa, por supuesto, no se puso fin, sino que sólo se hicieron desarrollos dentro del mismo contexto y ninguno de los cuales se puede llamar revoluciones industriales.

La tercera revolución industrial

Tal vez el tercero sea mucho más familiar para nosotros que el resto, ya que la mayoría de las personas que viven hoy están familiarizados con las industrias que se apoyan en las tecnologías digitales en la producción. Sin embargo, la tercera revolución industrial está fechada entre 1950 y 1970.

A menudo se le conoce como la Revolución Digital, y se produjo el cambio de sistemas analógicos y mecánicos a sistemas digitales.

Otros también lo llaman la Era de la Información. La tercera revolución fue, y sigue siendo, un resultado directo del enorme desarrollo de las computadoras y la tecnología de la información y las comunicaciones.

La cuarta revolución industrial lleva la automatización de los procesos de fabricación a un nuevo nivel mediante la introducción de tecnologías de producción masiva personalizadas y flexibles.

Esto significa que las máquinas funcionarán de forma independiente, o cooperarán con los humanos en la creación de un campo de producción orientado al cliente que trabaja constantemente en mantenerse. La máquina se convierte más bien en una entidad independiente que es capaz de recopilar datos, analizarlos y aconsejar sobre ellos.

Esto se hace posible introduciendo la auto-optimización, auto-cognición y auto-personalización en la industria. Los fabricantes podrán comunicarse con las computadoras en lugar de operarlas.

¿Cómo se comunicarán las máquinas?

Los rápidos cambios en las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) han roto los límites entre la realidad virtual y el mundo real. La idea detrás de la Industria 4.0 es crear una red social donde las máquinas puedan comunicarse entre sí, llamada Internet de las Cosas (IoT) y con la gente, llamada Internet de las Personas (IoP).

De esta manera, las máquinas pueden comunicarse entre sí y con los fabricantes para crear lo que ahora llamamos un sistema de producción ciberfísica (CPPS). Todo esto ayuda a las industrias a integrar el mundo real en uno virtual y permite a las máquinas recopilar datos en vivo, analizarlos e incluso tomar decisiones basadas en ellos.

Aunque “Industria 4.0” es el término común que se refiere a la cuarta revolución industrial, los académicos todavía luchan por definir adecuadamente el enfoque. Esto hace aún más difícil distinguir los principales componentes de tal enfoque. En su Revisión de la literatura , Hermann, Pentek y Otto se encargan de descubrir los principales componentes de la industria.

Dado que el término se originó en una zona de habla alemana, se propusieron encontrar los términos y definiciones más frecuentemente citados en relación con la industria.

En su investigación, por supuesto, se utilizó el equivalente alemán de cada término (o quizás el equivalente inglés). Los resultados fueron los siguientes (Fuente: “Principios de diseño para la industria 4.0” de Hermann, Pentek y Otto):

Término de búsqueda (grupo)

Número de publicaciones en las que se produjo el término de búsqueda (grupo)

Los sistemas cibernéticos, Internet de las cosas, Smart Factory e Internet de los servicios son los cuatro términos más comunes citados en las publicaciones de investigación académica relacionadas con la industria. En consecuencia, y dada su fase inicial, estos son los cuatro componentes principales de la industria.

Sistemas Ciberfísicos

Como se mencionó anteriormente, un sistema ciberfísico tiene como objetivo la integración de la computación y los procesos físicos. Esto significa que los ordenadores y las redes son capaces de supervisar el proceso físico de fabricación en un determinado proceso. El desarrollo de este sistema consta de tres fases:

Identificación : La identificación única es esencial en la fabricación. Este es el lenguaje muy básico por el cual una máquina puede comunicarse. RFID (identificación de radiofrecuencia) es un gran ejemplo de ello. RFID utiliza un campo electromagnético para identificar una determinada etiqueta que a menudo se une a un objeto. Aunque esta tecnología ha existido desde 1999, sigue siendo un gran ejemplo de cómo la Industria 4.0 funcionó inicialmente.
La integración de sensores y actuadores : Esto es esencial para que una máquina funcione. La integración de sensores y actuadores significa simplemente que el movimiento de una determinada máquina puede ser controlado y que puede sentir cambios en el medio ambiente. Sin embargo, incluso con la integración de sensores y actuadores, su uso fue limitado y no les permite comunicarse entre sí.
El desarrollo de sensores y actuadores : Tal desarrollo permitió a las máquinas almacenar y analizar datos. Un CPS ahora está equipado con múltiples sensores y actuadores que se pueden conectar para el intercambio de información.

Internet de las cosas (IoT)

Un sistema cyber-físico todavía nos suena familiar hoy en día. Las máquinas pueden intercambiar datos y, en muchas aplicaciones, pueden percibir los cambios en el entorno que las rodea. Las alarmas de incendios son un buen ejemplo de ello. Internet de las cosas , sin embargo, se cree que es lo que realmente ha iniciado la Industria 4.0.

Internet de las cosas es lo que permite a objetos y máquinas como teléfonos móviles y sensores “comunicarse” entre sí, así como a seres humanos para encontrar soluciones. La integración de esta tecnología permite a los objetos trabajar y resolver los problemas de forma independiente. Por supuesto, esto no es del todo cierto, ya que a los seres humanos también se les permite intervenir.

Sin embargo, en caso de objetivos contradictorios, el caso suele elevarse a posiciones más altas. Según Hermann, Pentek y Otto, “cosas” y “objetos” pueden entenderse como CPS. Por lo tanto, el IoT puede definirse como una red en la que CPS coopera entre sí a través de esquemas de direccionamiento únicos.

Internet de los servicios (IoS)

Es fácil ver que en el mundo de hoy todos y cada uno de los dispositivos electrónicos es más probable que se conecten a otro dispositivo, o a Internet. Con el enorme desarrollo y diversidad en dispositivos electrónicos e inteligentes, la obtención de más y más de ellos crea complejidades y socava la utilidad de cada dispositivo añadido.

Teléfonos inteligentes, tabletas, laptops, televisores o incluso relojes se están interconectando cada vez más, pero cuanto más se compra, el valor añadido del último dispositivo se vuelve irreconocible. Internet de Servicios tiene como objetivo crear un envoltorio que simplifique todos los dispositivos conectados para aprovecharlos al máximo simplificando el proceso. Es la puerta de entrada del cliente al fabricante.

Fábrica inteligente

Fábricas inteligentes son una característica clave de la Industria 4.0. Una fábrica inteligente adopta un llamado sistema de calma. Un sistema tranquilo es un sistema que es capaz de lidiar tanto con el mundo físico como con el virtual. Estos sistemas se denominan “sistemas de fondo” y de alguna manera funcionan detrás del escenario. Un sistema tranquilo es consciente del entorno circundante y de los objetos que lo rodean.

También se puede alimentar con información suave sobre el objeto que se está fabricando, como dibujos y modelos. Según Hermann, Pentek y Otto

“La Fábrica Inteligente se puede definir como una fábrica donde CPS se comunica a través del IoT y ayuda a las personas y máquinas en la ejecución de sus tareas”.

Los principios de diseño permiten a los fabricantes investigar una posible transformación en tecnologías de la Industria 4.0. Sobre la base de los componentes anteriores, los principios de diseño son los siguientes:

Interoperabilidad : Objetos, máquinas y personas necesitan poder comunicarse a través de Internet de las Cosas e Internet de las Personas. Este es el principio más esencial que realmente hace una fábrica inteligente.
Virtualización : Los CPS deben ser capaces de simular y crear una copia virtual del mundo real. Los CPS también deben ser capaces de monitorear objetos existentes en el entorno circundante. En pocas palabras, debe haber una copia virtual de todo.
Descentralización : La capacidad de los CPS para trabajar de forma independiente. Esto da espacio para productos personalizados y la solución de problemas. Esto también crea un entorno más flexible para la producción. En casos de fracaso o de objetivos contradictorios, la cuestión se delega a un nivel superior. Sin embargo, incluso con estas tecnologías implementadas, la necesidad de asegurar la calidad sigue siendo una necesidad en todo el proceso.
Capacidad en tiempo real : Una fábrica inteligente necesita poder recopilar datos en tiempo real, almacenarlos o analizarlos, y tomar decisiones de acuerdo con los nuevos hallazgos. Esto no sólo se limita a la investigación de mercado, sino también a procesos internos como el fallo de una máquina en la línea de producción. Los objetos inteligentes deben ser capaces de identificar el defecto y volver a delegar tareas a otras máquinas en funcionamiento. Esto también contribuye en gran medida a la flexibilidad y la optimización de la producción.
Orientación de los servicios : La producción debe estar orientada al cliente. Las personas y los objetos/dispositivos inteligentes deben poder conectarse de manera eficiente a través de Internet de los Servicios para crear productos basados en las especificaciones del cliente. Aquí es donde la Internet de los Servicios se vuelve esencial.
Modularidad : En un mercado dinámico, la capacidad de una Fábrica Inteligente para adaptarse a un nuevo mercado es esencial. En un caso típico, una empresa promedio probablemente tardaría una semana en estudiar el mercado y cambiar su producción en consecuencia. Por otro lado, las fábricas inteligentes deben ser capaces de adaptarse rápida y suavemente a los cambios estacionales y a las tendencias del mercado.

La industria 4.0 realmente revolucionará el funcionamiento de los procesos de fabricación. Sin embargo, es importante sopesar las ventajas y los desafíos que las empresas pueden enfrentar.

Ventajas de la industria 4.0

Optimización : Optimizar la producción es una ventaja clave para la Industria 4.0. Una fábrica inteligente que contiene cientos o incluso miles de dispositivos inteligentes que son capaces de auto-optimizar la producción llevará a un tiempo de baja casi cero en la producción. Esto es extremadamente importante para las industrias que utilizan equipos de fabricación caros de alta gama, como la industria de semiconductores. Ser capaz de utilizar la producción de forma constante y consistente beneficiará a la empresa. De acuerdo con un estudio publicado por PwC ,

“Los productos y servicios digitalizados generan unos 110 000 millones de euros de ingresos adicionales al año para la industria europea”.

Personalización : Crear un mercado flexible orientado al cliente ayudará a satisfacer las necesidades de la población rápidamente y sin problemas. También destruirá la brecha entre el fabricante y el cliente. La comunicación tendrá lugar entre ambos directamente. Los fabricantes no tendrán que comunicarse internamente (en empresas y fábricas) y externamente (a los clientes). Esto asegura los procesos de producción y entrega.
Impulsar la investigación : La adopción de tecnologías de la Industria 4.0 impulsará la investigación en diversos campos como la seguridad informática y tendrá su efecto en la educación en particular. Una nueva industria requerirá un nuevo conjunto de competencias. Consecuentemente, la educación y la capacitación tomarán una nueva forma que proporcione tal industria la mano de obra calificada requerida.

Retos a los que se enfrenta la industria 4.0

Seguridad : Tal vez el aspecto más desafiante de la implementación de las técnicas de la Industria 4.0 es el riesgo de seguridad informática. Esta integración en línea dará espacio a Infracciones de seguridad y fugas de datos . También debe tenerse en cuenta el robo cibernético. En este caso, el problema no es individual, sino que puede, y probablemente lo hará, costar dinero a los productores e incluso podría dañar su reputación. Por lo tanto, la investigación en seguridad es crucial.
Capital : Tal transformación requerirá una gran inversión en una nueva tecnología que no suena barata. La decisión de hacer tal transformación tendrá que ser a nivel de CEO. Aun así, los riesgos deben calcularse y tomarse en serio. Además, esa transformación requerirá un capital enorme, que aliena a las empresas más pequeñas y podría costarles su cuota de mercado en el futuro.
Empleo Si bien todavía es pronto para especular sobre las condiciones de empleo con la adopción de la Industria 4.0 a nivel mundial, es seguro decir que los trabajadores tendrán que adquirir un conjunto de habilidades diferentes o completamente nuevo. Esto puede ayudar a aumentar las tasas de empleo, pero también alejará a un gran sector de los trabajadores. El sector de los trabajadores cuyo trabajo es quizás repetitivo se enfrentará a un reto para mantenerse al día con la industria. Hay que introducir diferentes formas de educación, pero todavía no resuelve el problema para la parte mayor de los trabajadores. Se trata de una cuestión que podría tardar más en resolverse y que se analizará más adelante en el presente informe.
Privacidad : Esta no sólo es la preocupación del cliente, sino también de los productores. En una industria tan interconectada, los productores necesitan recopilar y analizar datos. Para el cliente, esto podría parecer una amenaza a su privacidad. Esto no sólo es exclusivo de los consumidores. Las empresas pequeñas o grandes que no han compartido sus datos en el pasado tendrán que trabajar para lograr un entorno más transparente. Superar la brecha entre el consumidor y el productor será un gran reto para ambas partes.

La industria 4.0 tiene mucho que prometer cuando se trata de ingresos, inversiones y avances tecnológicos, pero el empleo sigue siendo uno de los aspectos más misteriosos de la nueva revolución industrial. Es aún más difícil cuantificar o estimar las tasas de empleo potenciales.

¿Qué tipo de nuevos puestos de trabajo introducirá? ¿Qué necesita un trabajador de Smart Factory para poder competir en un entorno siempre cambiante como este? ¿ Despedirán tales cambios a muchos trabajadores? Todas estas son preguntas válidas para el trabajador promedio.

La industria 4.0 puede ser el pico de avance tecnológico en la fabricación, pero todavía suena como si las máquinas están tomando el control de la industria. En consecuencia, es importante analizar más a fondo este enfoque para poder sacar conclusiones sobre la demografía del trabajo en el futuro. Esto ayudará a los trabajadores de hoy en día a prepararse para un futuro no tan lejano.

Dada la naturaleza de la industria, introducirá nuevos puestos de trabajo en análisis de macrodatos , expertos en robots, y una gran porción de ingenieros mecánicos. En un intento de determinar el tipo de trabajos que la Industria 4.0 introducirá o necesitará más mano de obra en, BCG ha publicado un informe basado en entrevistas con 20 de los expertos de la industria para mostrar cómo 10 de los casos de uso más esenciales para la fundación de la industria se verán afectados.

Los siguientes son algunos de los cambios importantes que afectarán a la demografía del empleo:

Control de calidad basado en grandes datos : En términos de ingeniería, el control de calidad tiene como objetivo reducir la inevitable variación entre productos. El control de calidad depende en gran medida de los métodos estadísticos para demostrar si una característica específica de un producto (como el tamaño o el peso) está cambiando de una manera que puede considerarse un patrón. Por supuesto, este proceso depende en gran medida de la recopilación de datos históricos o en tiempo real sobre el producto. Sin embargo, dado que la Industria 4.0 se basará en los macrodatos para ello, la necesidad de trabajadores de control de calidad disminuirá. Por otro lado, la demanda de científicos de macrodatos aumentará.
Producción asistida por robots : Toda la base de la nueva industria depende de que los dispositivos inteligentes puedan interactuar con el entorno circundante. Esto significa que los trabajadores que ayudan en la producción (como el embalaje) serán despedidos y reemplazados por dispositivos inteligentes equipados con cámaras, sensores y actuadores que son capaces de identificar el producto y luego entregar los cambios necesarios para ello. En consecuencia, la demanda de estos trabajadores disminuirá y será reemplazada por “coordinadores de robots”.
Vehículos logísticos de autoconducción : Uno de los focos más importantes de la optimización es el transporte. Los ingenieros utilizan métodos de programación lineal (como el Modelo de Transporte) para utilizar el uso del transporte. Sin embargo, con vehículos automotores, y con la ayuda de big data, muchos conductores serán despedidos. Además, tener vehículos automotores permite un horario de trabajo libre de restricciones y una mayor utilidad.
Simulación de la línea de producción : Mientras que la necesidad de optimización para el transporte disminuye, la necesidad de ingenieros industriales (que normalmente trabajan en optimización y simulación) para simular líneas de producción aumentará. Tener la tecnología para simular líneas de producción antes del establecimiento abrirá puestos de trabajo para ingenieros mecánicos especializados en el campo industrial.
Mantenimiento predictivo: Tener dispositivos inteligentes permitirá a los fabricantes predecir fallos. Las máquinas inteligentes también podrán mantenerse de forma independiente. En consecuencia, el número de técnicos de mantenimiento tradicionales disminuirá, y serán reemplazados por técnicos más informados técnicamente.
Las máquinas como servicio : La nueva industria también permitirá a los fabricantes vender una máquina como servicio. Esto significa que en lugar de vender toda la máquina al cliente, la máquina será configurada y mantenida por el fabricante mientras el cliente aprovecha los servicios que presta. Esto abrirá puestos de trabajo en mantenimiento y requerirá una expansión de las ventas.

La industria 4.0 es definitivamente un enfoque revolucionario de las técnicas de fabricación. El concepto llevará a los fabricantes globales a un nuevo nivel de optimización y productividad. No sólo eso, sino que los clientes también disfrutarán de un nuevo nivel de productos personalizados personalmente que nunca han estado disponibles antes. Como se mencionó anteriormente, las recompensas económicas son inmensas.

Sin embargo, todavía hay muchos desafíos que deben abordarse sistemáticamente para garantizar una transición sin tropiezos. Este debe ser el centro de atención de las grandes corporaciones y los gobiernos por igual. Es esencial impulsar la investigación y la experimentación en estos campos.

Aunque las especulaciones sobre la privacidad, la seguridad y el empleo necesitan más estudio, el panorama general es prometedor. Tal enfoque de las industrias manufactureras es verdaderamente revolucionario.