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¿Cómo encaja la fabricación avanzada en la Industria 4.0?
En primer lugar, ¿qué es la Industria 4.0?
La Industria 4.0, denominada Cuarta Revolución Industrial, fue presentada por primera vez en 2011 por el Gobierno alemán como una iniciativa estratégica para digitalizar completamente la industria manufacturera sin necesidad de interacción humana. La Industria 4.0 representa una nueva etapa en la organización y el control de la cadena de valor industrial. Es la transformación digital de la fabricación/producción y las industrias relacionadas.
La primera revolución industrial se produjo con la llegada de la mecanización, la energía de vapor y la energía hidráulica. Le siguió la segunda revolución industrial, que giró en torno a la producción en masa y las cadenas de montaje con electricidad. La tercera revolución industrial llegó con la electrónica, los sistemas informáticos y la automatización, que condujeron a la cuarta revolución industrial, asociada a los sistemas ciberfísicos. La figura 1 resume las cuatro revoluciones industriales.
La transición a la Industria 4.0 está relacionada con los siguientes nueve pilares tecnológicos digitales (2):
- Big Data y análisis: el primer pilar es Big Data y análisis. Big data se refiere a cualquier colección de datos grande y compleja. La analítica de datos es el proceso de extraer información significativa de los datos. Utilizando un flujo continuo de datos y capacidades analíticas, las empresas pueden reaccionar rápidamente a los cambios en los patrones de datos y reducir costes, tomar decisiones más rápidas y mejores y crear nuevos productos y servicios.
- Simulaciones y gemelos digitales: el segundo pilar son las simulaciones y los gemelos digitales. Una simulación reproduce lo que podría ocurrirle a un producto, pero un gemelo digital reproduce lo que le ocurre a un producto concreto en el mundo real. La disponibilidad de Big Data y Analytics, combinada con una potencia informática en continuo aumento, está ampliando la aplicación de las simulaciones 3D desde las fases generales de ingeniería de productos y procesos de producción hasta las operaciones de planta.
- Robots autónomos- El tercer pilar son los robots autónomos. Un robot autónomo es un robot que actúa sin recurrir al control humano. Tradicionalmente, los fabricantes han utilizado robots industriales para abordar tareas y cometidos complejos. Sin embargo, el avance de las capacidades tecnológicas está permitiendo una nueva generación de robots que pueden funcionar de forma autónoma, asumir tareas cada vez más complejas y desafiantes y trabajar junto a humanos o incluso en espacios de trabajo restringidos a personas.
- Integración horizontal y vertical de sistemas- El cuarto pilar es la integración horizontal y vertical de sistemas. En el contexto de la Industria 4.0, la integración vertical se refiere a la conexión de los sistemas informáticos internos a través de los diferentes niveles jerárquicos de una empresa. La integración horizontal se refiere a la digitalización y conexión de los distintos sistemas en toda la cadena de suministro y valor de una empresa. El objetivo de esta conexión es crear redes de valor entre distintas empresas y ofrecer soluciones de extremo a extremo.
- La Internet industrial de los objetos (IIoT): el quinto pilar es la Internet de los objetos (IoT). IoT se refiere al concepto de sistemas en red formados por objetos y dispositivos físicos interconectados a Internet. Una subsección de IoT, denominada Internet industrial de los objetos (IIoT), se centra en la aplicación de las capacidades de IoT con fines industriales. IIoT es una premisa esencial para el concepto de Industria 4.0, ya que permite a las empresas recopilar continuamente información de máquinas, sensores, productos y dispositivos y utilizar esta información para detectar fallos, supervisar la calidad e iniciar procedimientos de mantenimiento.
- Ciberseguridad: el sexto pilar es la ciberseguridad. Aunque la transición a la Industria 4.0 ofrece muchos beneficios, también plantea una preocupación creciente en relación con la ciberseguridad. De hecho, la integración de sistemas y la implementación de IIoT, Big Data y Analytics y Cloud Computing aumentan el riesgo de ciberataques. Aunque la amenaza de ciberataques puede variar, su impacto en las empresas puede ser grave. El impacto puede incluir situaciones que pongan en peligro la vida de los trabajadores, robo de oficios industriales y propiedades intelectuales, violaciones de la seguridad y del cumplimiento de la normativa sobre contaminación, denegación de servicio a las redes y sabotaje a infraestructuras, máquinas y componentes críticos.
- Computación en nube: el séptimo pilar es la computación en nube. La computación en nube se refiere al uso compartido de recursos informáticos y potencia de cálculo a través de Internet. Los servicios de computación en nube incluyen servidores, almacenamiento, bases de datos, redes, software, análisis e inteligencia. En el contexto de la Industria 4.0, la computación en nube puede facilitar las actividades de producción y fabricación a través de los departamentos internos y los límites de la empresa, allanando así el camino para más colaboraciones, flexibilidad laboral, prestación de servicios y creación de nuevos productos.
- Fabricación aditiva e impresión 3D -El octavo pilar es Fabricación aditiva (AM). AM se refiere a un proceso que incluye tecnologías de impresión 3D que crean piezas añadiendo material. Este proceso es diferente de los procesos de fabricación convencionales, como el fresado y torneado o el moldeo por inyección (creación de productos inyectando materiales en un molde). Hasta ahora, la mayoría de las empresas utilizaban la AM principalmente para crear prototipos y producir piezas y componentes individuales. Sin embargo, a medida que las tecnologías de AM evolucionan y maduran, las empresas industriales las utilizan cada vez más para pasar de la producción en masa de productos idénticos a lotes más pequeños y de bajo volumen de productos personalizados y sofisticados con atributos avanzados.
- Realidad Aumentada y Virtual- El noveno pilar es la Realidad Aumentada (RA) y la Realidad Virtual (RV). La RA se refiere a la integración de información generada por ordenador en el entorno del mundo real mediante la proyección de una capa de información gráfica en la vista del usuario a través de dispositivos como tabletas, teléfonos inteligentes y gafas inteligentes. Esta capa adicional de información puede ayudar a los trabajadores a salvar la distancia entre el entorno digital/virtual y el físico, apoyando las tareas operativas y la toma de decisiones. Realidad virtual (RV) es un paso más allá de la RA. En lugar de capas gráficas de información proyectadas sobre el entorno del mundo real, los dispositivos de RV generan una réplica virtual de un entorno del mundo real, lo que permite a los usuarios interactuar con elementos virtuales y evaluar y realizar actividades en un entorno virtual.
Las nueve tecnologías de la Industria 4.0 se destacan en la Fig.2, a la izquierda.
Así, la Industria 4.0 encierra la promesa de una nueva Revolución Industrial y representa el modo en que la tecnología inteligente y conectada se integrará en las organizaciones. Su uso de tecnologías digitales hace que la fabricación sea más ágil, flexible y receptiva a los clientes mediante la optimización del sistema de fabricación.
Las principales ventajas de adoptar la Industria 4.0 son (3):
- Reducción de costes y residuos: gestione y optimice el proceso de fabricación y la cadena de suministro utilizando datos en tiempo real para tomar mejores decisiones para la empresa. Utilización de tecnología inteligente elimina cualquier tiempo de inactividad.
- Refuerza la plantilla: el software puede mejorar la colaboración y la eficacia entre departamentos utilizando la tecnología para conectar a los empleados.
- Hace que las empresas sean más competitivas: invertir en tecnología y soluciones ayudará a mejorar el proceso de fabricación y a ofrecer un mejor servicio a los clientes.
- Abordar los posibles problemas antes de que surjan: invertir en tecnología permite a las empresas ser proactivas en lugar de reactivas, al poder detectar posibles problemas de mantenimiento y gestión de la cadena de suministro.
- El valor de los macrodatos: la gran cantidad de información que puede recopilarse a través de maquinaria y procesos puede integrarse con software y sistemas empresariales, creando una empresa totalmente conectada.
- Acelera el proceso de fabricación: los productos pueden construirse directamente a partir de un diseño CAD, lo que permite a los ingenieros de diseño crear una muestra virtual que puede probarse con el software. Esto permite a los fabricantes acelerar el proceso de diseño y desarrollo y fabricar productos de mejor calidad.
- Mejorar el taller: la maquinaria de la Industria 4.0 se apoya en la tecnología en la nube y en la tecnología del Internet de las Cosas (IoT): las máquinas pueden recopilar datos de rendimiento y compartirlos con otras máquinas o sistemas de software.
- Aumentar la resistencia de las empresas: las soluciones digitales pueden apoyar las operaciones y transformar las empresas para que sean más fuertes y resistentes.
Fabricación aditiva e impresión 3D en la Industria 4.0: (4)
La fabricación aditiva y la impresión 3D destacan como los 8th pilar de la Industria 4.0 son las principales tecnologías de fabricación emergentes de la Industria 4.0. El uso e implementación de la fabricación aditiva en combinación con otras tecnologías está produciendo una evolución en la industria hacia una producción inteligente donde máquinas (autónomas, automáticas e inteligentes), sistemas y redes son capaces de intercambiar información y responder a los sistemas de gestión de la producción. Además, como tecnología capaz de convertir un diseño 3D en un producto sin intervención, la impresión 3D tiene un papel fundamental de fabricación en la Industria 4.0. Se elimina la necesidad de costosas herramientas y utillajes, reduciendo el postprocesado, el desperdicio de material y la intervención humana.
Gracias a la impresión 3D, las fábricas pueden aumentar su flexibilidad, adaptándose a las necesidades de un mercado cada vez más exigente e impredecible. Además, permite fabricar todo tipo de objetos personalizados sin necesidad de costosos moldes y herramientas de fabricación.
La impresión 3D es también una gran aliada del medio ambiente, una característica importante teniendo en cuenta nuestra situación climática actual y la importancia de contar con procesos de fabricación sostenibles con menor consumo de recursos y generación de residuos. Además, la situación actual que se está viviendo en todo el mundo debido a COVID-19, ha propiciado un mayor avance y consolidación de la impresión 3D a raíz de una mayor necesidad de elementos personalizados con rapidez.
En resumen
Las tecnologías inteligentes, como la fabricación aditiva, impulsadas por la Industria 4.0 conducen a un aumento de la productividad, una mejora de la calidad de las piezas, una reducción de los costes y del tiempo de inactividad de los empleados. También mejoran la utilización de los recursos. La Industria 4.0 está revolucionando la forma en que las empresas fabrican, mejoran la calidad de sus productos y su distribución. La Industria 4.0 impulsará la ventaja competitiva de las empresas manufactureras y permitirá nuevas formas de comercializar los productos, así como el modo en que las empresas pueden cambiar a procesos digitales.
Referencias
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