Industria 4.0. Qué es, tecnología y estrategias para implementarla

La Industria 4.0 está revolucionando la forma en que las empresas fabrican y distribuyen sus productos, integrando IoT, computación en la nube, IA y el aprendizaje automático en sus instalaciones de producción y en todas sus operaciones.

Sinónimo de fabricación inteligente, la Industria 4.0 es la plasmación de la transformación digital en los procesos de manufactura. La transformación digital de la industria viene a suponer la aplicación de capacidades digitales a los procesos, a lo productos y a los activos para así aumentar el valor para el cliente/usuario, gestionar mejor el riesgo y potenciar nuevas oportunidades de negocio.

Qué es la Industria 4.0 y por qué es tan importante

La Industria 4.0 está revolucionando la forma en que las empresas fabrican, mejoran y distribuyen sus productos. Los fabricantes están integrando nuevas tecnologías, incluida Internet de las cosas (IoT), la computación y el análisis en la nube, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático en sus instalaciones de producción y en todas sus operaciones.

Estas fábricas inteligentes están equipadas con sensores avanzados, software integrado y robótica, que recopilan y analizan datos y permiten una mejor toma de decisiones. Su importancia radica además en que se crea un valor aún mayor cuando los datos de las operaciones de producción se combinan con datos operativos de ERP, cadena de suministro, servicio al cliente y otros sistemas empresariales para crear niveles completamente nuevos de visibilidad y conocimiento a partir de información previamente aislada.

El desarrollo de fábricas inteligentes brinda una oportunidad increíble para que la industria manufacturera entre en la cuarta revolución industrial.

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Contexto histórico

Tradicionalmente, la industria ha sido y es la actividad económica que emplea y transforma los recursos naturales en las fábricas -ya sean materias primas o fuentes de energía- para producir productos semielaborados que se emplean para fabricar otros productos, o bien productos ya elaborados listos para el consumo.

Su actividad ha variado desde los inicios; puede decirse que arranca con el trabajo artesanal, intrínseco a la historia del hombre, si bien fue la Primera Revolución Industrial, que tuvo lugar en el siglo XIX, la que produjo el verdadero cambio al surgir las fábricas manufactureras. La Segunda Revolución Industrial se desarrolló entre 1870 y mediados del siglo XX, y la Tercera los expertos la sitúan desde mediados del siglo XX a inicios del XXI.

Es a partir de entonces cuando el sector protagoniza un cambio más profundo al incorporar las nuevas tecnologías de forma más generalizada en todas y cada una de sus fases de producción. La llegada de nuevos sistemas automatizados ha derivado en una industria más eficaz y productiva, orientada a la innovación y en muchos casos denominada Industria 4.0.

Objetivos e impacto

La industria 4.0 es un potente aliado para mejorar las operaciones de negocio y el crecimiento de los negocios, transformado los productos, la cadena de suministro y las expectativas de los clientes.

Esta nueva revolución viene a cambiar la forma en que se hacen los negocios, pero también afecta a los clientes y a las experiencias que esperan tener mientras se relacionan con las empresas. Incluso genera cambios en la fuerza laboral, desde el punto de vista de requerir nuevas capacidades y roles.

Además del cambio que produce en la producción de bienes, la Industria 4.0 afecta tanto a proveedores como a los clientes, incluso consideraciones regulatorias, a los inversores, y a terceros. En cuanto a las organizaciones, permite que sean más receptivas y proactivas puesto que deben ajustarse y analizar los datos en tiempo real. Y afecta igualmente a empleados y clientes, ya que a los primeros supone cambiar la mecánica de su trabajo, y a los segundos supone mayor personalización en los productos y servicios que demandan.

Las principales tecnologías de la Industria 4.0

Tecnologías como IoT, el cloud, edge computing, la analítica, robótica o la inteligencia artificial han conseguido impulsar la Industria, proporcionando cultura de innovación y dando lugar a nuevas propuestas de valor para los clientes/usuarios.

La Cuarta Revolución Industrial, o Industria 4.0, combina técnicas avanzadas de producción y operaciones con tecnologías inteligentes a fin de integrarse en las organizaciones. La aparición de estas nuevas tecnologías mencionadas son las claves protagonistas de esta nueva revolución. Su alcance es en realidad importante porque no solamente afecta a los procesos de fabricación, sino que va más allá al incidir en todas las industrias y sectores de la economía.

Cloud computing

La computación en la nube es la piedra angular de cualquier estrategia de Industria 4.0. La plena realización de la fabricación inteligente exige conectividad e integración de ingeniería, cadena de suministro, producción, ventas y distribución, y servicio. La nube ayuda a que esto sea posible.

Además, la gran cantidad de datos que normalmente se almacenan y analizan se pueden procesar de manera más eficiente y rentable con la nube. La computación en la nube también puede reducir los costes iniciales para los fabricantes pequeños y medianos, que pueden adaptar sus necesidades y escalar a medida que crece su negocio.

Internet de las Cosas

IoT es un componente clave de las fábricas inteligentes. Las máquinas en la fábrica están equipadas con sensores que cuentan con una dirección IP que permite que las máquinas se conecten con otros dispositivos habilitados para la web. Esta mecanización y conectividad hacen posible recopilar, analizar e intercambiar grandes cantidades de datos valiosos.

IA y aprendizaje automático

La IA y el aprendizaje automático permiten a las empresas manufactureras aprovechar al máximo el volumen de información generada no solo en la fábrica, sino en todas sus unidades de negocio, e incluso de socios y fuentes de terceros. La IA y el aprendizaje automático pueden facilitar la automatización de operaciones y procesos comerciales, ayudando por ejemplo a realizar un mantenimiento predictivo basado en algoritmos de aprendizaje automático.

Gemelo digital

La transformación digital que ofrece la Industria 4.0 ha permitido a los fabricantes crear gemelos digitales que son réplicas virtuales de procesos, líneas de producción, fábricas y cadenas de suministro.

Un gemelo digital se crea extrayendo datos de sensores, dispositivos, PLC y otros objetos de IoT conectados a Internet. Los fabricantes pueden utilizar gemelos digitales para diseñar nuevos productos y simular un proceso de producción.

Ventajas y desafíos de implementar la Industria 4.0

De forma general, la Industria 4.0 proporciona mayor productividad a las fábricas y una mejor gestión de los recursos. Además, ayuda a una toma de decisiones más eficiente basada en información real y permite abordar procesos productivos óptimos e integrados.

Es un aliado para lograr mayor flexibilidad para una producción masiva y personalizada en tiempo real, al mismo tiempo que establece una comunicación directa entre clientes y organizaciones para así conocer mejor sus gustos y tendencias.

Esta nueva revolución industrial supone reducir los tiempos de fabricación, tanto en los diseños de los nuevos productos como en la comercialización de estos, y reduce considerablemente el porcentaje de defectos pues los sistemas virtuales hacen posible probar los productos previamente y optimizar las cadenas de montaje.

• Mayor eficiencia y productividad
• Reducción de errores y de tiempos de inactividad
• Personalización de productos y servicios
• Mejora en la calidad de los productos
• Mayor seguridad y protección
• Mejora de la toma de decisiones
• Creación de nuevos modelos de negocio
• Reducción del impacto ambiental

Sin embargo, existen algunos desafíos que hay que abordar. Estos están ligados a los obstáculos en torno a las capacidades de red y entorno operativo, a las arquitecturas e infraestructura de datos, la ciberseguridad y ciberamenazas, personas y procesos, y en la relación con proveedores.

Estrategias para prepararse para la era de la Industria 4.0 y mejores prácticas

Sin duda, la tecnología está facilitando el impulso del sector. Para las empresas que salten al mundo de la Industria 4.0 supone seguir el ritmo de la demanda de los clientes y competir mejor en un entorno económico en constante cambio, en gran parte debido al avance de la tecnología.

El giro a la industria digital está ofreciendo a las empresas la oportunidad de acceder a ventajas operativas y productivas, reducir costes, descentralizar la producción, facilitando a la vez la movilidad y la comunicación en remoto, o mejorar la productividad.

Para las empresas, realmente implica pasar del mundo físico al mundo digital; el uso de nuevos dispositivos como sensores y elementos portátiles, el análisis y la robótica, entre otros, proporcionan mejoras en los productos de diversas maneras, desde la creación de prototipos y pruebas hasta la incorporación de conectividad a productos previamente desconectados.

Las fábricas de la Industria 4.0 están equipadas con nueva tecnología como sensores avanzados, software integrado y robótica que recogen y analizan los datos para mejorar la toma de decisiones, a la par que aumentan el valor del negocio.

Una estrategia en Industria 4.0 implica poder analizar grandes cantidades de big data recogidas por los sensores en la fábrica para garantizar la visibilidad en tiempo real de los activos de fabricación.

Ejemplos concretos de éxito de la Industria 4.0 en diferentes sectores

Cada vez más, la industria o fábrica conectada se aplica a más sectores, ya sea para mejorar procesos industriales o para tareas de mantenimiento o mejora y creación de nuevos productos.

Es una realidad que las tecnologías que abarcan la Industria 4.0 han sido capaces de revolucionar la industria tal y como se conocía hasta ahora, por lo que han ido tomando más relieve. Se pueden obtener beneficios en múltiples sectores.

Así, el sector de la automoción es uno de los más avanzados en este aspecto. Las tareas repetitivas y poco ergonómicas se realizan con ayuda de la robótica colaborativa, también, en la fabricación de bienes de consumo, retail o materiales intermedios, sector energético o farmacéutico.

SEAT es uno de los principales referentes en Industria 4.0, toda vez que marca la digitalización como una prioridad en la estrategia. La automovilística española lleva varios años implementando la inteligencia artificial, realidad virtual, robots colaborativos y big data, en la planta de Martorell.

GE (General Electric) está transformando la industria con máquinas definidas por software y soluciones conectadas. Para el sector de la energía eólica, gracias al uso de sensores, redes de datos y análisis, GE crea turbinas personalizadas logrando hasta un 20% más de producción anual de energía.

Siemens es uno de los grandes referentes en la Industria 4.0. La compañía fabrica diversos productos, entre los que se incluyen controladores lógicos programables, que se utilizan para controlar plantas, maquinaria y automatizar la producción industrial; de hecho, la producción de la planta está controlada por unos 2.800 componente, lo que permite que la producción funcione de manera automatizada, controlada por máquinas y robots en un 75%.

La importancia de la conectividad y el Internet de las Cosas en la Industria 4.0

A grandes rasgos puede decirse que la producción inteligente es la interconexión y automatización de todos los elementos y procesos de la cadena de producción de la Industria 4.0. Y realmente, la Industria 4.0 también es conocida como fábrica conectada, fábrica inteligente o industria del futuro y su objetivo se dirige a reestructurar los medios de producción.

Cuando una fábrica está conectada digitalmente, es posible recabar, optimizar y analizar los datos no solo para mejorar los procesos operacionales, sino también para tomar decisiones estratégicas en tiempo real.

IoT es una de las tecnologías que permite interconectar los dispositivos de la fábrica. De hecho, es la Industria el sector donde la tecnología IoT mueve mayor volumen de negocio con más de 400.000 millones de dólares en todo el mundo, una cifra que supera ampliamente a otros sectores de la economía como es el de Sanidad.

La denominada tecnología IoT industrial (IIoT) aporta numerosos beneficios a las fábricas desde su introducción. La principal ventaja procede de la interconexión de las máquinas y de la automatización del proceso productivo, de forma que no solo resulta más rápido fabricar, sino que ofrece además información en tiempo real sobre la producción a operarios, técnicos y gestores. Este avance contribuye directamente a la mejora de la toma de decisiones.

El papel de la inteligencia artificial y el aprendizaje automático en la Industria 4.0

La inteligencia artificial y, en particular, el aprendizaje automático (machine learning) contribuyen de forma notoria a la revolución industrial 4.0. En la actualidad, industrias de todo tipo emplean ya dispositivos basados en alguna tecnología de IA y se espera que el número de empresas que utiliza IA en Europa crezca en los próximos años.

Por otro lado, las técnicas de aprendizaje automático empleadas en las organizaciones han simplificado y reducido el trabajo manual de muchos trabajadores.

Es inevitable que el futuro de la Industria pase por la digitalización integral de las cadenas de valor mediante la implementación de nuevos métodos de procesamiento de datos, software inteligente y sensores.

A la hora de hablar de inteligencia artificial en la Industria 4.0 hay que referirse a algoritmos, redes neuronales, el machine learning, el deep learning, la visión artificial, los sistemas de reconocimiento de voz, los asistentes virtuales o los tan habituales bots.

En prácticamente todas las empresas de producción encontramos máquinas, así como robots industriales que realizan tareas de forma automatizada, pero esto no significa que usen IA. Así, mientras que la automatización utiliza un software que sigue unas reglas y unos pasos preprogramados, la inteligencia artificial es capaz de realizar tareas y tomar decisiones para las que no ha sido específicamente programada.

El cambio de la automatización tradicional basada en robots industriales independientes hacia los ‘sistemas ciberfísicos’ en red ha revolucionado la forma de trabajar de las plantas de producción y ha impuesto nuevos estándares de competitividad en el mercado.

Se puede decir que la IA y el ML, apoyados en ciencia de datos, sensores y las nuevas redes de comunicaciones, se están convirtiendo rápidamente en indispensables para una amplia variedad de industrias, transformando la forma en que se realizan las inspecciones (control de calidad), el mantenimiento y el ensamblaje, entre otras operaciones, y ahorrando costes, mejorando los productos y aumentando la seguridad.

Impacto de la Industria 4.0 en el empleo y las habilidades requeridas

La implementación de la tecnología Industria 4.0 incide en la satisfacción de las expectativas de las empresas, en el mercado laboral y en el desarrollo sostenible; además de conllevar nuevos desafíos para los empleados de la industria, especialmente por sus conocimientos y habilidades.

Los cambios introducidos durante las revoluciones industriales siempre han afectado al mercado laboral y a las competencias requeridas de los empleados. Lo mismo puede decirse de la última revolución industrial, la Industria 4.0.

En relación con el desarrollo de la Industria 4.0, existe una creciente demanda de competencias de los empleados sin precedentes; seguirán siendo necesarias competencias técnicas, pero las competencias horizontales -metodológicas, personales, sociales- también serán esenciales en la Industria 4.0. De hecho, la combinación de organización del trabajo y de nuevas tecnologías digitales tendrá un papel determinante en un mayor desarrollo de competencias y habilidades.

En definitiva, el trabajo cambiará con las crecientes posibilidades tecnológicas, y aparecerán sistemas centrados en el ser humano para apoyar la planificación y el control de la producción.

La revolución actual tiene como objetivo aumentar las capacidades humanas mediante la aplicación de nuevas soluciones y, contrariamente a la opinión popular, el fenómeno de la sustitución de personas no se produce; más bien, algunos roles se están redefiniendo, mientras que otros se están creando.

Pero hay que considerar que las competencias inadecuadas son uno de los problemas clave para las empresas de la Industria 4.0, por lo que es deseable contar con competencias técnicas tanto de los procesos como de los sistemas; competencias digitales centradas en la evaluación y análisis de datos; y competencias sociales, con habilidades fundamentales de comunicación y trabajo en equipo.

Desafíos de seguridad en la Industria 4.0 y cómo enfrentarlos

El sector industrial está considerado uno de los más atacados y, sin embargo, también se le considera uno de los más rezagados en lo que respecta a la seguridad.

Las fábricas inteligentes pueden estar sujetas a la explotación de vulnerabilidades, malware, denegación de servicio (DoS), piratería de dispositivos y a otros métodos de ataque, de forma similar a otros sectores.

Pero la superficie de ataque de la fábrica inteligente hace que resulte aún más difícil detectar y defenderse de los ciberataques. Estas amenazas ahora funcionan a un nivel completamente nuevo con el IoT y pueden tener consecuencias más graves en el ámbito del IIoT.

Desafíos de seguridad en la era de la Industria 4.0

• Cada dispositivo conectado representa un riesgo potencial.
• Los sistemas de fabricación como los Sistemas de Control Industrial (ICS) tienen vulnerabilidades únicas que los hacen particularmente susceptibles a los ciberataques.
• La Industria 4.0 conecta sistemas previamente aislados, lo que aumenta la superficie de ataque.
• Las actualizaciones suelen instalarse poco a poco, ya que los sistemas son muy complejos.
• La Industria tiene muchos menos estándares de cumplimiento regulados que otros sectores.
• La visibilidad es deficiente en sistemas separados y entornos aislados.
• Además, la batalla está desequilibrada; si bien las organizaciones deben proteger una amplia gama de tecnología en una superficie de ataque muy grande, los atacantes solo necesitan identificar el eslabón más débil.

Perspectivas futuras de la Industria 4.0

En los últimos años, la industria ha experimentado una notable transformación gracias a la implementación de los procesos de automatización; con el surgimiento de la inteligencia artificial, la automatización industrial está ahora posicionada para desempeñar un papel más profundo en el futuro de numerosas industrias.

Además, la integración de la IA y el aprendizaje automático será una tendencia que continuará, lo que conducirá a sistemas de fabricación inteligentes y adaptables.

Por otro lado, los robots colaborativos, o cobots, están diseñados para trabajar junto a los humanos en un espacio de trabajo compartido. Los cobots están ganando popularidad debido a su flexibilidad, facilidad de programación y capacidad para manejar tareas repetitivas; por ello, a medida que continúan los avances en robótica, es posible ver mayor colaboración entre humanos y robots.

Otro avance que protagonizará el panorama futuro es el Internet industrial de las cosas (IIoT): la red de dispositivos, sensores y máquinas interconectados que recopilan e intercambian datos en un entorno industrial. Según aumente el número de dispositivos conectados y las redes 5G se vuelvan más frecuentes, el IIoT se convertirá en la columna vertebral de la automatización industrial.

Sin olvidar el protagonismo del Edge Computing, un proceso que acerca la computación y el almacenamiento de datos a la ubicación donde se necesita para mejorar los tiempos de respuesta y ahorrar ancho de banda, algo que beneficiará a la Industria 4.0.

Como también hay que hacer hincapié en la implementación de protocolos sólidos de ciberseguridad; en la Realidad Aumentada y en cómo puede proporcionar orientación, instrucciones y visualizaciones en tiempo real a técnicos y operadores; en los procesos de fabricación más ecológicos y sostenibles mediante la integración de fuentes de energía renovables y equipos energéticamente eficientes.

El futuro de la Industria 4.0 tiene un inmenso potencial, impulsado por los avances en IA, robótica, IoT, AR y prácticas de sostenibilidad. Estos avances mejorarán la eficiencia operativa y allanarán el camino para la llegada de nuevos modelos de negocio y para la colaboración entre humanos y máquinas.