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Hombre monitoreando el desempeño en una fábrica inteligente

¿Qué es una fábrica inteligente?

Como su nombre indica, una fábrica inteligente es... inteligente. Una red interconectada de máquinas, mecanismos de comunicación y potencia informática, la fábrica inteligente es un sistema ciberfísico que utiliza tecnologías avanzadas como inteligencia artificial (IA) y machine learning para analizar datos, impulsar procesos automatizados y aprender sobre la marcha.

 

Las fábricas inteligentes y la fabricación inteligente son parte de la transformación tecnológica conocida como Industria 4.0 o la Cuarta Revolución Industrial. Cada una de las tres primeras revoluciones industriales nació de una nueva tecnología innovadora que cambió completamente la forma en que trabajamos y fabricamos bienes: a saber, el motor de vapor, la línea de montaje y la potencia de la computadora. Hoy, la cuarta revolución está impulsada por la transformación digital y la automatización inteligente.

Qué es una fábrica inteligente

Fábricas inteligentes para un mundo cambiante

En los últimos años, es cada vez más evidente para los líderes de negocio que la transformación digital es una prioridad urgente para las cadenas de suministro y las operaciones de fabricación que esperan ser competitivas y resilientes en la década del 2020. La pandemia expuso aun más las debilidades de la cadena de suministro global y las vulnerabilidades de la industria. Un artículo de la revista Forbes reiteró esto, afirmando que “el COVID-19 ha mostrado al mundo algo que la industria manufacturera ya debería saber. Las cadenas de suministro y los ecosistemas de fabricación tradicionales están fallando y debemos pasar a una solución más ágil y adaptable que esté totalmente habilitada digitalmente”.

 

Las expectativas de los consumidores también están contribuyendo al desarrollo de tecnologías de fábricas inteligentes y la fábrica del futuro. Conocido como el efecto Amazon, la demanda de los consumidores por la entrega al día siguiente ha aumentado a un ritmo constante y rápido. Según la revista Entrepreneur en 2019, "Para bien o para mal, la economía de Estados Unidos y la economía global están bajo el efecto Amazon. […] Los proveedores de e-commerce se han visto sometidos a una presión cada vez mayor para adaptarse a la velocidad y la eficiencia de Amazon, y no hay pruebas de que las expectativas de los consumidores se estén relajando". Esta tendencia ha sido un factor importante en la creciente demanda de tecnología de fábricas inteligentes, ya que los sistemas anticuados demuestran no ser capaces de satisfacer la escala de la logística y la capacidad de almacenamiento que se necesita para mantener el ritmo de este fenómeno.

 

Los fabricantes y los gerentes de cadena de suministro se enfrentan a más riesgos y disrupciones operativas a medida que se esfuerzan por minimizar su dependencia de socios internacionales. Las soluciones de fábrica inteligentes, como la fabricación a demanda y los inventarios virtuales, sin duda pueden minimizar la dependencia de proveedores y fabricantes extranjeros. Sin embargo, como señala Harvard Business Review en un artículo de 2020, es más fácil decirlo que hacerlo eso de traer la fabricación a los Estados Unidos. “Los fabricantes han recurrido a especialistas y subcontratistas que se centran específicamente en una sola área –e incluso esos especialistas tienen que confiar en muchos otros–. Y así como el mundo ha llegado a depender de diferentes regiones para los recursos naturales como el mineral de hierro o el metal de litio, así también se ha vuelto dependiente de las regiones donde residen estos especialistas”. El aumento de la fabricación nacional sin duda puede reducir el costo y el riesgo de la cadena de suministro, pero no elimina necesariamente la necesidad de tener socios en el extranjero ni reduce el número total de eslabones de la cadena. Por lo tanto, es más crucial que nunca que existan tecnologías de fábrica digitales para optimizar la eficiencia y la visibilidad.

¿Cómo funciona una fábrica inteligente?

A menudo hablamos de procesos automatizados como si fueran exclusivos de una fábrica inteligente, pero la automatización y la robótica han estado en uso durante décadas en las operaciones de fabricación. Muchas fábricas tradicionales utilizan máquinas automatizadas como escáneres de códigos de barras, cámaras y equipos de producción digitalizados en varias partes de su operación. Pero esos dispositivos no están interconectados. Las personas, los activos y los sistemas de gestión de datos de una fábrica tradicional funcionan todos de manera aislada entre sí y deben coordinarse e integrarse manualmente de forma continua.

 

Una fábrica digital inteligente funciona integrando máquinas, personas y Big Data en un único ecosistema conectado digitalmente. Una fábrica inteligente no solo cura y analiza los datos, sino que aprende de la experiencia. Interpreta y obtiene información estratégica de data sets para pronosticar tendencias y eventos, y para recomendar e implementar flujos de trabajo de fabricación inteligentes y procesos automatizados. Una fábrica inteligente experimenta una mejora procesal continua para autocorregirse y optimizarse automáticamente; puede enseñarse a sí misma (y a los humanos) a ser más resilientes, productivos y seguros.

 

La estructura de una fábrica inteligente

 

La estructura básica de una fábrica inteligente se puede resumir en tres pasos:

Estructura de una fábrica inteligente

Los tres procedimientos principales que conforman una fábrica inteligente

  1. Adquisición de datos: la inteligencia artificial y las tecnologías modernas de bases de datos permiten la curación y adquisición de conjuntos dispares de datos útiles en todo el negocio, la cadena de suministro y el mundo. A través de sensores y portales, internet de las cosas industrial (IIoT) permite a las máquinas conectadas recopilar datos en el sistema. A través de muchos otros portales de datos, los sistemas potenciados por IA pueden compilar conjuntos de datos relacionados con el rendimiento, las tendencias del mercado, la logística o cualquier otra fuente potencialmente relevante.
  2. Análisis de datos: machine learning y sistemas de negocio inteligentes utilizan analíticas avanzadas y soluciones modernas de gestión de datos para dar sentido a todos los datos dispares recopilados. Los sensores de IIoT pueden advertir cuando las máquinas necesitan reparación o servicio. Los datos de mercado y operativos se pueden recopilar para detectar oportunidades y riesgos. Las eficiencias del flujo de trabajo se pueden estudiar a lo largo del tiempo para optimizar el rendimiento y corregirlas automáticamente según sea necesario. De hecho, los data sets que se pueden comparar y analizar presentan una posibilidad casi infinita de combinaciones para informar la optimización digital de la fábrica y la previsión de la cadena de suministro.
  3. Automatización inteligente de fábricas: una vez que se han realizado la adquisición y el análisis de datos, se establecen flujos de trabajo y se envían instrucciones a las máquinas y los dispositivos dentro del sistema. Estos dispositivos pueden estar dentro de las cuatro paredes de la fábrica o alejados en los eslabones logísticos o de fabricación de la cadena de suministro. Los flujos de trabajo y procesos inteligentes se monitorean y optimizan continuamente. Si un informe de noticias advierte de un pico en la demanda de un determinado producto, se puede indicar a los flujos de trabajo de la impresora 3D que aumenten la prioridad de producción para ese artículo. Si se retrasa un envío de materias primas, las reservas de inventario se pueden poner en rotación para eliminar cualquier disrupción.

Beneficios de una fábrica inteligente

Muchas empresas se han hecho lo que se podía con operaciones y sistemas de cadena de suministro que básicamente no han cambiado en décadas. Pero con las expectativas de los consumidores y la incertidumbre económica en un nivel récord de todos los tiempos, los gerentes de cadena de suministro necesitan soluciones que puedan brindar un beneficio medible y significativo –y que puedan aportarlo rápidamente–. Según la revista Forbes, en 2017 solo el 43% de los fabricantes contaba con iniciativas de fábricas inteligentes en marcha. En 2019, el 68 % lo hizo. Para las empresas que invierten en transformación digital y soluciones de fábrica inteligente, hay potencial para obtener beneficios de negocio significativos, tales como:   

  • Productividad y eficiencia: a lo largo de su historia, la fabricación ha tratado principalmente de reaccionar, mirando un evento o una tendencia que ya ha ocurrido y luego tratando de dirigir el negocio en una dirección diferente después del hecho. Las tecnologías de fábrica inteligente están diseñadas para reducir la necesidad de prácticas reactivas y trasladar la gestión de la cadena de suministro a un modo más resiliente y con mayor capacidad de respuesta. El uso de analíticas predictivas y análisis de Big Data permite identificar e implementar procesos optimizados. La gestión del inventario justo-a-tiempo, la previsión precisa de la demanda y la mayor velocidad de salida al mercado son algunos de los beneficios de eficiencia que ofrecen las fábricas inteligentes. Aumentada por la información digital, las personas que trabajan en fábricas inteligentes también pueden optimizar sus esfuerzos, lo cual aumenta la productividad general de la operación. En su estudio de 2019 sobre la fábrica inteligente, Deloitte nos dice que “Las empresas informan ganancias de hasta un 12% en áreas como producción de fabricación, utilización de fábricas y productividad de la mano de obra después de invertir en iniciativas de fábricas inteligentes. Asimismo, los fabricantes con fábricas inteligentes probablemente superarán a las fábricas tradicionales con un 30% más de productividad de mano de obra neta para 2030”. 
  • Sostenibilidad y seguridad: los consumidores están cada vez más dispuestos a gastar un poco más en productos que saben que se obtienen y fabrican utilizando métodos responsables desde el punto de vista social y medioambiental. Las modernas tecnologías de fábricas inteligentes hacen que sea más fácil que nunca para las empresas identificar e implementar oportunidades para prácticas de fabricación más ecológicas, seguras y socialmente responsables. Las innovaciones digitales, como los sensores de blockchain y RFID, pueden ser utilizadas por gerentes de fábricas inteligentes para garantizar una procedencia irrefutable y un control de calidad de todos los materiales y suministros –provenientes incluso de los eslabones más lejanos de la cadena de suministro–. Y más cerca de casa, la Sociedad Internacional de Automatización informa que los robots y los dispositivos automatizados pueden ayudar a reducir o eliminar tres de las cinco principales causas de lesiones en el lugar de trabajo.
  • Calidad del producto y experiencia del cliente: al igual que en el juego de teléfono descompuesto para niños, los fabricantes tradicionales a menudo tenían dificultades para garantizar que sus directivas fueran recibidas con precisión y seguidas por los proveedores y fabricantes de menor nivel en sus cadenas de suministro. En la fábrica inteligente, la conectividad en la nube y la visibilidad de punta a punta en las fábricas inteligentes aportan información estratégica y recomendaciones en tiempo real a todos los niveles del proceso de fabricación. La capacidad de una rápida personalización y respuesta a las tendencias cambiantes significa que los productos están totalmente actualizados según los deseos del cliente. El análisis avanzado de los datos del sistema detecta rápidamente debilidades o áreas de mejora. Esto conduce a una mejora de la competitividad en el mercado, mejores reseñas de los productos y menos devoluciones o recuperaciones costosas.

Tecnologías de fábrica inteligentes

Las tecnologías de fábrica inteligente son muy ágiles. A medida que las iniciativas de transformación digital avanzan dentro de una empresa, existen posibilidades casi infinitas de escalar, modificar y adaptarse según sea necesario. 

  • Conectividad en la nube: ya sea pública, privada o híbrida, la nube es el conducto a través del cual fluyen todos los datos y la información a través de una fábrica inteligente. La conectividad global en la nube y en todo el negocio garantiza que cada área del negocio opere con datos en tiempo real y que haya visibilidad inmediata de todos los activos y sistemas conectados dentro de la cadena de suministro.  
  • Inteligencia artificial: los sistemas operativos que utilizan tecnologías de IA integradas tienen la velocidad, el poder y la flexibilidad para no solo recopilar y analizar data sets dispares, sino también para brindar información estratégica en tiempo real y recomendaciones con capacidad de respuesta. Los procesos automatizados y los sistemas inteligentes dentro de una fábrica inteligente están continuamente optimizados e informados por inteligencia artificial.  
  • Machine learning: uno de los beneficios más valiosos que machine learning aporta a la fábrica inteligente es su capacidad de mantenimiento predictivo avanzado. Al supervisar y analizar los procesos de fabricación, se pueden enviar alertas antes de que se produzca una falla del sistema. Dependiendo de la situación, se puede realizar el mantenimiento automatizado o, si es necesario, se puede recomendar la intervención humana. 
  • Big Data: los conjuntos de datos grandes y robustos permiten que las analíticas predictivas y avanzadas tengan lugar en una fábrica inteligente. Las empresas han comprendido desde hace tiempo el valor estratégico de Big Data , pero, hasta hace poco, a menudo carecían de los sistemas necesarios para darle un uso significativo. La transformación digital en las cadenas de suministro y las fábricas inteligentes ha abierto un nuevo mundo de potencial para que las empresas optimicen e innoven usando información estratégica de Big Data.  
  • Internet de las cosas industrial (IIoT): en una fábrica inteligente, cuando los dispositivos y máquinas están equipados con identificadores únicos y la capacidad de enviar y recibir datos digitales, estos integran una red IIoT . La maquinaria moderna podría ya contar con portales digitales, pero incluso las máquinas analógicas de hace décadas pueden ser equipadas con dispositivos de puerta de enlace IIoT para ponerlas al día. Básicamente, los datos enviados desde el dispositivo informan sobre su estado y actividad, y los datos enviados a al dispositivo controlan y automatizan sus acciones y flujos de trabajo.  
  • Gemelos digitales: una réplica exacta y virtual de una máquina o sistema se convierte en su gemelo digital. Permite la máxima innovación y creatividad con un riesgo operativo mínimo. Un gemelo digital puede ser llevado a su límite, reconfigurado de múltiples maneras virtuales o probado para su compatibilidad dentro de un sistema existente –todo sin incurrir nunca en riesgo o desperdicio de recursos en el mundo físico–.  
  • Impresión aditiva: también conocida como impresión 3D, permite a las fábricas inteligentes utilizar la automatización inteligente para la fabricación a demanda. Esto es particularmente crucial en tiempos de disrupción inesperada de la cadena de suministro o de repentina demanda de productos. Pero incluso cuando el negocio es habitual, los inventarios virtuales pueden minimizar en gran medida el riesgo y la pérdida al permitir la fabricación justo-a-tiempo. 
  • Realidad virtual (VR) y realidad aumentada (AR): en 2019, Assembly Magazine describió algunas de las aplicaciones de VR portátiles en la fábrica inteligente como "capaces de unir condiciones ambientales, niveles de inventario, estado del proceso, datos de error de ensamblaje, utilización y métricas de rendimiento de un modo contextual (donde usted mira o camina)". Esta experiencia sensorial inmersiva permite a los usuarios aumentar sus sentidos naturales con datos en tiempo real desde cualquier ubicación o punto en el tiempo –para tener conciencia sin obstáculos del estado de la fábrica–.  
  • Blockchain: afortunadamente, a medida que avanzan las tecnologías de fábrica inteligente, las soluciones de seguridad le siguen el ritmo. Blockchain tiene muchas aplicaciones en la cadena de suministro, desde la creación de “contratos inteligentes” con proveedores hasta el seguimiento de la procedencia de los bienes y el manejo a lo largo de todo el recorrido de la cadena de suministro. En las fábricas inteligentes, blockchain es especialmente útil para gestionar el acceso a los activos y máquinas conectados en toda la empresa –protegiendo la seguridad del sistema y la precisión de los registros obtenidos por esos dispositivos–.  
  • Base de datos moderna: las bases de datos in-memory y los sistemas de ERP modernos son el “cerebro” detrás de la Industria 4.0 y todas las soluciones de fábrica inteligente y cadena de suministro inteligente. Las bases de datos heredadas y basadas en disco son exigidas –a menudo mucho más allá de sus límites– para mantenerse al día con la compleja funcionalidad de gestión de datos y analíticas necesaria para operar fábricas inteligentes y cadenas de suministro modernas. 

Lograr la transformación de fábricas inteligentes

2020 generó una enorme disrupción y riesgo operativo para las empresas de todo el mundo. Antes del COVID-19, una encuesta de Deloitte de 2019 a más de 600 ejecutivos senior del sector de la fabricación informó que el 86% creía que en los próximos cinco años, "las iniciativas de fábricas inteligentes serán el principal impulsor de la competitividad de la fabricación". Hoy, más que nunca, la transformación digital y la modernización de la cadena de suministro han cambiado de objetivos a largo plazo a prioridades urgentes e inmediatas para las empresas decididas a innovar y competir.  

 

La manera en que comience la transformación de su fábrica inteligente dependerá de dónde se encuentre usted ahora y de qué procesos son los más críticos para su negocio. Una auditoría inicial de los sistemas le ayudará a analizar y hacer un balance de los procesos, activos y sistemas empresariales existentes.  Antes de poder comenzar a automatizar los flujos de trabajo y los procesos de fabricación, deberá evaluar cómo se ven hoy.   

 

Al comienzo de su recorrido de transformación digital, también es importante recordar que lo "inteligente" en una fábrica inteligente proviene de su avanzada capacidad de análisis y gestión de datos. Una base de datos moderna y un sistema de ERP robusto son el cerebro detrás de una fábrica inteligente. Dan soporte a la funcionalidad avanzada que impulsa el sistema. Un factor importante en el éxito de cualquier transformación de fábrica inteligente será la capacidad de los sistemas de negocio existentes para gestionar Big Data e integrar tecnologías como IA, machine learning y analíticas avanzadas. 

 

Por último, uno de los mejores aspectos de la transformación de las fábricas inteligentes es que, para ser eficaz, no tiene que ocurrir de una sola vez. Tampoco requiere que las actividades de negocio existentes se interrumpan o pausen. Cada iniciativa que tome una empresa para modernizar y optimizar sus sistemas digitales les acercará un paso más a una fábrica inteligente totalmente integrada. Además, por su propia naturaleza, las tecnologías de fábricas inteligentes recopilan y analizan datos. Esto significa que el impacto y el ROI de cualquier nueva tecnología digital puede medirse y evaluarse desde el momento de la instalación.

Fábricas inteligentes en acción

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