Sin lugar a dudas, México está a la vanguardia de la tecnología actual, sin embargo, estamos viviendo una etapa de transición tecnológica muy importante. Esta transición ha tomado tiempo en masificarse en el mercado industrial, pero con ayuda de internet el concepto de Industria 4.0 se acerca rápidamente con mucho ímpetu y la única forma de mantener una economía fuerte es igualando las fuerzas en la misma dirección.

A través de una serie de artículos explicaremos el concepto de Industria 4.0 exponiendo aplicaciones reales y considerando el impacto socio-económico que esta nueva tecnología producirá en México.

Mucho se ha hablado sobre el concepto de Industria 4.0, el Industrial Internet of Things (por sus siglas en inglés o IIoT), la nube, la digitalización industrial, los sistemas ciber-físicos, el Fog-Computing, los sensores inteligentes, y otros, pero durante mis visitas a plantas industriales tanto en Estados Unidos como México, hay un desconocimiento compartido sobre el concepto de Industria 4.0 y subniveles necesarios para adoptar una solución de este calibre. En esta primera entrega comentaré acerca de la Revolución hacia la Industria 4.0 de forma progresiva y con ayuda de aplicaciones actuales.

Evolución de la Industria 4.0

Para entender el concepto de Industria 4.0 debemos explicar un poco sus precedentes. La Industria 3.0 fue adoptada a comienzos de 1970 con la adición de microprocesadores y equipos de cómputo dentro de la producción industrial, incorporando procesos de automatización. La creación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) impulsó la tecnología e innovación a un nivel académico-científico.

Esta tendencia se ramificó creándose el primer programa en mecatrónica del país (1994), como consecuencia de la fuerte demanda de manufactura automotriz, la cual es un claro ejemplo de la Industria 3.0, donde la influencia del control computarizado ha manejado la mayor parte del proceso de ensamblaje de carrocerías, maquinado de motores y subcomponentes.

Esta temática sigue siendo la receta más utilizada por la industria mexicana, obviamente muchos años de experiencia han demostrado que la automatización en todos los mercados industriales trae mejoras en procesos especializados, reducción en costos y errores humanos, aunque al momento de tener un proceso altamente flexible y entender cabalmente qué está pasando con el proceso de operación y manufactura en tiempo real, la automatización tiene limitaciones.

Actualmente esa limitante existe en el mercado y es de crítica importancia tener un sistema de fabricación personalizado a un punto máximo de producción con los mejores índices de calidad a un precio competitivo, esa es la promesa de la revolución hacia la Industria 4.0 que está tomando más y más adeptos en el mercado industrial con la intención de enfocar sus esfuerzos en las necesidades del cliente.

Desde 2010 el Ministerio de Educación e Investigación del gobierno alemán estableció nuevos parámetros y modelos industriales con base en la necesidad económica del país fundando las bases de la industria integrada o Industria 4.0.

Gracias a los grupos de investigación europea, conglomerados industriales como Siemens, FESTO y Bosch (por mencionar alguno), y la exposición de la Feria de Hannover, el modelo industrial se expandió rápidamente en la Unión Europea y al resto de los continentes.

Esta nueva dimensión industrial pretende romper el esquema actual de manejo operacional, dejando que la maquinaria autocontrole y autoajuste sus propios parámetros para evaluar/monitorear todo los procesos de la planta, durante todo el tiempo, en todas las direcciones posible y enlazar toda esta información extraída por medio de algoritmos analíticos, encontrando nuevas relaciones no consideradas previamente y como resultado lograr una continua optimización a través de todos los niveles de la empresa. ¡Suena bien verdad! Pero la pregunta es: ¿cómo hacemos eso?

¿Cómo funciona?

Esta evolución industrial permite una comunicación directa entre la maquinaria y los productos. La premisa es que todas las herramientas, maquinas, componentes y materiales estén interconectados por medio de sensores con tecnología de comunicación, a esto se le llama un sistema ciber-físico, el cual permite no sólo que todos los componentes se comuniquen entre ellos, sino también que puedan controlarse cooperativamente y optimicen un proceso en su totalidad.

Para esto hay que habilitar a cada uno de los componentes con un nivel de inteligencia virtual, eso se puede lograr conectando las “cosas”: maquinas, sensores y más componentes a una dirección IP y conectar esa identificación virtual a un sistema de red (network) inteligente.

Cuando la información extraída de estos sensores y maquinas se envía a internet, el proceso de control ciber-fisico se vuelve una herramienta muy potente, ya que, con estos datos ayudan a hacer simulaciones, predicciones de procesos y transformar productos reales a productos virtuales, esto con el fin de identificar y analizar cada parámetro del producto antes de construirlo.

La manera más fácil de entender cómo funciona un sistema industrial 4.0 integrado es visualizando su arquitectura y la contribución dinámica de información entre la plataforma de tecnología operacional (OT) y plataforma de tecnología de información (IT). Existen diferentes modelos de arquitectura, dependiendo del nivel de complejidad del proceso de la planta o los niveles de seguridad, pero la mayoría de estos modelos se dividen en 3 niveles o capas.

El primer nivel comprende los sensores, maquinaria y objetos ciber-físicos, también conocido como el nivel operacional. Este es el nivel donde las “cosas” existen, ya sea objetos con propiedades y característica reales como motores eléctricos, bombas de agua, sensores de corriente, ventiladores industriales o un componente virtual como un vehículo autónomo. Estos componentes capturan información física o datos del proceso operacional para ser enviados directamente a una base de datos o a un nivel de procesamiento superior.

El siguiente nivel es conocido como plataforma, en donde los datos provenientes de las “cosas” se almacenan y analizan proporcionando decisiones y alertas de control hacia los sensores o maquinaria en la fase de operación o al sistema de “nube” o internet.

Este nivel también es llamado OPC-UA Open Platform Comunication Unified Architecture, otros también llaman a este el nivel el fog/edge computing. Este término se denomina así ya que es un procesamiento y filtración de datos previo a la “nube”. En resumen, este nivel asiste a los componentes dentro de la fase operacional y al mismo tiempo puede interactuar con la “nube” y otros sistemas dentro del IT.

El tercer nivel es puramente IT y se denomina Enterprise o nivel de servicio administrativo. Este es el nivel de toma de decisiones, tomando en cuenta toda la información relevante recopilada desde la planta (nivel operacional), y por medio de sistemas de monitoreo, la data se transforma en una herramienta para tomar medidas de acción. Este nivel actúa como el centro del conocimiento de la empresa y determinación para los subniveles. La información puede ser compartida en tiempo real con otros puntos de monitoreo a través de un sistema ERP (Enterprise Resources Planning), como SAP, Oracle, Microsoft Dynamics, etc.

La ventaja de este tipo de sistema industrial integrados no solamente añade “inteligencia” a los sensores o maquinaria dentro de la planta sino también interconecta a todos los subsistemas en forma autónoma. El flujo de información puede ser distribuido bidireccionalmente creando una interacción superior de máquina a máquina (M2M – machine to machine) o de máquina a un PLC o directamente a la “nube”, pasando por un filtro de cómputo local (fog-computing) para aprovechar la información extraída de la planta y obtener un monitoreo más preciso y efectivo.

En la imagen se muestra el flujo de información así como la dirección de interacción con los diferentes niveles. Comparado con un sistema tradicional SCADA, este esquema permite una comunicación entre los dispositivos para recalibrar una unidad de control como un PLC o crear nuevos parámetros prevenientes de sensores y realizar reajustes en tiempo real. Consecuentemente las máquinas y el software podrían trabajar autónomamente con poca intervención humana.

En la siguiente entrega indagaremos sobre cómo las maquinas pueden trabajar de forma autónoma mediante el uso y aplicación de la inteligencia artificial; así como su influencia en la economía local y casos reales de la Industria 4.0 en México.