Tres tendencias para la fabricación en la Industria 4.0 en 2020 y más allá

Al iniciarse una nueva década en la transición a la fabricación digital, la Industria 4.0 sigue evolucionando, a pesar de no haber cambiado las facetas tecnológicas de este movimiento.

 

Según Russell Waddell, director gerente del Instituto MTConnect de la AMT —Asociación para la Fabricación de Tecnología, por sus siglas en inglés— y antiguo residente del Centro de Tecnología de Autodesk en San Francisco, “las tres tendencias tecnológicas más importantes siguen siendo la fabricación aditiva, la automatización y la fábrica inteligente”. Este conjunto de tecnologías, que incluye la inteligencia artificial (IA), los drones, la realidad aumentada y la realidad virtual (RA/RV), así como el Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés), ha definido la Industria 4 .0 (Industry 4.0) durante años.

 

Las tendencias fundamentales a destacar en 2020 se centran en el esfuerzo por conectar las tecnologías de los distintos componentes inteligentes y sus datos resultantes con el fin de producir sistemas funcionales, mantener la seguridad de estos sistemas y promover una fuerza laboral pujante, para que la Industria 4.0 pueda alcanzar madurez.

 

El hilo digital: fabricación conectada

 

Carroll Thomas, directora de la Manufacturing Extension Partnership (MEP) del National Institute of Standards and Technology (NIST), opera una red nacional de centros que ayudan a los fabricantes de Estados Unidos a adoptar tecnologías avanzadas. Según la Oficina del Censo de EE. UU., 75 % de los pequeños fabricantes cuentan con menos de 20 empleados, y Thomas afirma que muchas pequeñas y medianas empresas fabricantes (menos de 500 empleados) están introduciendo ahora la automatización de los procesos y la cadena de suministro que las grandes empresas han utilizado durante muchos años.

 

Thomas añade: “Los Cobots, o robots colaboradores, son muy populares en este momento. Muchos proveedores de nivel 2 y nivel 3 están implementando la automatización de un modo más meditado y estratégico, con sensores e IA con conectividad de IoT. Están digitalizando la totalidad de sus operaciones y esta integración se está convirtiendo en la norma”.

 

El Dr. Thomas Hedberg, ingeniero mecánico y codirector del Banco de Pruebas de Sistemas de Fabricación Inteligente (Test Bed) en NIST, considera que el grado de madurez alcanzado por la Industria 4.0 permite un consenso básico sobre el problema a resolver: la interconexión de todos los datos y sistemas de modo de posibilitar el desarrollo fluido de las etapas de diseño, fabricación e inspecciones de un producto, y la retroalimentación de sus resultados.

 

Por ejemplo, una empresa de fabricación aditiva puede tomar cientos o miles de imágenes de un depósito de fusión por acción de láser sobre polvo. Hedberg explica: “Están tratando de conectar esos datos con la máquina para retroalimentarlos a los parámetros del proceso”.

 

 

Con la proliferación de fábricas inteligentes conectadas y redes 5G, la ciberseguridad pasaría a ser una preocupación primordial.

 

Hedberg  añade: “Cuando se desarrollaron todos esos tambores de procesos, nadie pensó que un día tendrían que conectarse. Pero en estos tambores se han desarrollado sistemas expertos. Así que, en lugar de destruir los tambores, ¿por qué no perforarlos e instalar tuberías entre ellos? Ese es el ‘hilo digital’. Se trata de un problema de ingeniería de sistemas cuya solución requiere un equipo interdisciplinario que se apoye en pensamiento sistémico. Es aquí donde intervienen las normas, y estamos empezando a ver cómo algunas de ellas se alinean”.

 

La norma de tecnología de maquinaria exenta de regalías MTConnect, operada por Waddell, recibe aportes de más de 400 integradores de sistemas, fabricantes de máquinas, desarrolladores de software y usuarios finales de todos los sectores de la industria. Desde esta perspectiva panorámica, Waddell ha observado que los líderes de pensamiento en la fabricación conectada han comenzado a pensar más allá de las etapas de diseño, fabricación e inspección del ciclo de vida de un producto para abarcar también el mantenimiento en campo posterior a la producción.

 

Por ejemplo, si la Marina de EE. UU. encarga un buque de Newport News Shipbuilding o General Dynamics Electric Boat, ambos proveedores vanguardistas, la Marina podría optar por lo que se conoce como modelos según diseño, según construcción o según mantenimiento. “El contrato de mantenimiento puede incluir, por ejemplo, la reinspección del buque en función de su construcción inicial: un escaneo 3D del interior del buque que refleje los cambios en comparación con el modelo inicial”, acota Waddell.

 

Informática de borde y ciberseguridad

 

Hedberg sostiene que la solución del problema de interconexión de datos en la fabricación requiere informática de borde (también llamada informática periférica), que difiere de la informática de nube por el hecho de que todas o la mayoría de las tareas de los procesos, como la encriptación y el aprendizaje automático, se realizan en el dispositivo en lugar de hacerlo en la nube. Y, a diferencia de lo que ocurre en la informática personal, el software se actualiza automáticamente y la seguridad se gestiona de forma centralizada, en lugar de ser responsabilidad del usuario.

 

 

Una transición total a la Industria 4.0 necesita un mayor uso de informática de borde: una mayor capacidad de procesamiento en las máquinas de producción, con actualizaciones de software y de seguridad controladas automáticamente por el proveedor de dichas máquinas.

 

“Nuestros dispositivos actuales cuentan con bastante potencia, pero no con la potencia suficiente para completar las optimizaciones más avanzadas para el procesamiento de los datos. Lo que se necesita es cierto procesamiento básico de los datos en el borde, movilizar los datos con rapidez y suministrar a la fábrica o máquina de origen las respuestas del caso”, afirma Hedberg.

 

La informática de borde reduce el tiempo que tarda el procesamiento y utiliza un menor ancho de banda. También tiene el potencial de ofrecer una ciberseguridad considerablemente mejor si consigue mantener fuera de la nube una cantidad suficiente de datos privados y si las funciones de seguridad del proveedor son adecuadas.

 

La ciberseguridad ya representa una inquietud importante para las fábricas inteligentes conectadas, y esta amenaza no hará más que acrecentarse con la expansión de la  conectividad 5G. Con el 5G, las redes dejan de componerse de hardware en su mayor parte y pasan a componerse mayormente de software. En consecuencia, si bien el 5G ofrece ventajas tales como un mayor ancho de banda, también es más vulnerable a los ciberataques.

 

“Estamos haciendo lo imposible por que estas pequeñas empresas que están implementando automatización y sensores también piensen en la ciberseguridad”, destaca Thomas.

 

Empleo y educación

 

Durante sus continuas visitas a fabricantes (pequeños y medianos, en especial) de todo el país, Thomas ha podido apreciar un problema crónico que afecta a todas las regiones: las fábricas no hallan suficientes postulantes con el conocimiento especializado necesario para cubrir las vacantes que ofrecen.

 

 

La transición hacia la automatización está creando la necesidad de personal técnico altamente especializado y bien remunerado que opere y mantenga estas máquinas.

 

Como ejemplos cita una planta de extrusión de plásticos que contrata a todos y cada uno de los alumnos graduados del Vermont Technical College y aun así no puede cubrir todas sus vacantes; un fabricante de filtros en Alabama que anuncia sus vacantes en enormes carteles publicitarios, y una fábrica en Tennessee que emplea al mayor número posible de los hijos de sus empleados.

 

Esta falta de trabajadores especializados ha influido en la decisión de los fabricantes medianos de adoptar la automatización y demás tecnologías de la Industria 4.0. No obstante, Thomas afirma que lo están haciendo sin eliminar empleos.

 

Thomas asegura: “No adoptan las tecnologías para deshacerse del personal, sino para lograr la capacidad de producción que necesitan”.

 

Tanto los cobots como la automatización siguen siendo costosos; los pequeños y medianos fabricantes están adoptando estas tecnologías por necesidad, no para ahorrar dinero al eliminar empleos. De hecho, Thomas sostiene que la Industria 4.0 está creando trabajos mejor remunerados para los técnicos de mantenimiento. Los salarios de otros trabajos fabriles han aumentado un poco, pero no tanto como sugeriría la escasez de mano de obra.

 

Thomas explica: “Usan la nueva tecnología para aumentar su fuerza laboral, pero necesitan trabajadores que puedan operar y mantener sus equipos. Estos son los técnicos que los empresarios se están robando los unos a los otros”.

 

Para combatir el déficit de personal de fábrica, Thomas recomienda una reforma educativa y una creciente transición a una mayor diversidad e inclusión (D&I) dentro de este sector. “Hay que tratar de atraer a quienes normalmente no trabajarían en una planta: a personas a punto de jubilarse, a mujeres, a los desfavorecidos o a quienes están considerando iniciar estudios superiores”, aconseja.

 

Thomas también propugna un mayor enlace entre los pequeños fabricantes y las instituciones educativas con el fin de expandir y capacitar a la fuerza laboral mediante eventos tales como el Foro de Desarrollo Local de OECD, en Bélgica, o el evento digital del ManpowerGroup: “Women, Let’s Catch the Shift” (Mujeres, agarremos el cambio), ambos celebrados a finales del año pasado.

 

 

Los sistemas de realidad virtual y realidad aumentada pueden ayudar a acelerar y abaratar la educación de los trabajadores de fábrica especializados. Gentileza de Lincoln Electric.

 

Las nuevas tecnologías, como la capacitación en soldadura con RV VRTEX 360 de Lincoln Electric, ayudan a preparar a los estudiantes con mayor rapidez y menor costo mediante su exposición al proceso de soldadura antes de trabajar con un equipo real. El Camino College, en Torrence, California, utiliza el mismo sistema, y Thomas lamenta que no pueden producir graduados a la velocidad suficiente para satisfacer la demanda. La RA también está afectando a la enseñanza en la fabricación con productos específicos tales como el sistema de soldadura con RA AugmentedArc de Miller, y aplicaciones generales como MeasureKit y SketchAR.

 

Para concluir, Thomas sugiere: “Considero que toda la enseñanza necesita reformularse. Debe haber formación de por vida, un modo de conectarse a diario para enterarse de las novedades. La cualidad principal que buscan todos estos empleadores es la aptitud de aprender; alguien que pueda adaptarse y adquirir habilidades con rapidez”.