Industria plástica 4.0: la revolución del Internet de las Cosas y la automatización

Industria plástica 4.0: la revolución del Internet de las Cosas y la automatización

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La industria vive una transición que está dando paso a lo que se ha denominado la cuarta revolución industrial. Esta transformación está liderada por una estrecha conexión de datos y tecnología, que permitirá modificar radicalmente las formas de producción.

Tiempo atrás, y de acuerdo con lo que narra la historia, se pensaba en una industria tan interconectada, automatizada y tecnológicamente revolucionaria que parecía imposible lograrla. Pasamos por la Revolución Industrial, en donde las máquinas y/o la energía mecánica se convirtieron en el músculo de la cadena de producción, desarrollándose la máquina de vapor, el motor de combustión y la electricidad, entre otros. Luego vino el auge de la informática o la revolución del Internet, que giraba en torno al almacenamiento de datos y las tecnologías de la comunicación y la información, transformando fuertemente la fabricación y generando valor agregado a los procesos. Finalmente, llegamos al punto de experimentar el Internet Industrial, cuyos objetivos se basan en las máquinas, el análisis, los datos y la automatización para abrir nuevas fronteras a la productividad, los beneficios de las fábricas y la experiencia del trabajo humano.

Sin embargo, hoy en día se acerca la cuarta revolución industrial, liderada por la conexión de datos y la tecnología en el mundo, involucrados en la cotidianidad, pero sobre todo, en la industria.

Para pensar el sector plástico y sus procesos de fabricación a futuro, es necesario tener presente el Internet de las Cosas o Internet of Things (IoT, por su sigla en inglés), ya que es un tema relevante que actualmente está tomando impulso y próximamente será foco de desarrollo, eficiencia energética y superación de las actuales técnicas de manufactura.

El IoT, concepto que fue propuesto en 1999 en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), es un fenómeno de conexión a nivel mundial, en donde las personas, datos, software y máquinas estarán conectados entre sí para lograr procesos eficientes y control de actividades que benefician tanto a fabricantes como usuarios finales. Realmente, se espera que en un determinado momento se encuentren más objetos conectados que personas, con el fin de lograr procesos automatizados en cualquier área de la vida. Dicho de otro modo, se aproxima la digitalización del mundo físico que conocemos para llegar a ser el cyber physical.

"El IoT nos está permitiendo entonces una red entre objetos, aparatos y dispositivos que van a tener esta inteligencia embebida con relación a la electrónica, el software, los sensores, en fin, con la conectividad. Esta relación entre objetos y tecnologías de la información y la comunicación nos está llevando al intercambio de datos y esto nos conducirá a que las organizaciones o empresas entren en nuevos conceptos de valor agregado y de cadena de valor", afirma la Doctora María del Pilar Noriega, directora general del Instituto de Capacitación e Investigación del Caucho y el Plástico (ICIPC).

Cisco, fabricante global de equipos de telecomunicaciones, replanteó el IoT al término Internet of Everythings o Internet de Todas las Cosas, definiéndolo como la unión de personas, procesos, datos y cosas para hacer conexiones en red más relevantes y valiosas, convirtiendo la información en acciones que crean nuevas capacidades, experiencias más enriquecedoras y oportunidades económicas importantes para compañías, individuos y países.

En definitiva, el IoT ayudará a la optimización de procesos u operaciones en empresas, negocios, ciudades y hogares, entre otros, facilitando la vida diaria de las personas.

A escala industrial

Así, dentro de este Internet of Things, se desliga el Internet Industrial de las Cosas o Industrial Internet of Things (IIoT, por su sigla en inglés), que está específicamente relacionado a las empresas inteligentes, lugar en donde también entra en juego la automatización. De la mano del concepto de Smart Factory, va la capacidad de crear máquinas de manufactura completamente inteligentes a partir de control y procesos automatizados, que utilicen cada vez menos operarios.

El IIoT une dos revoluciones transformadoras: las máquinas e instalaciones de la Revolución Industrial, con los más recientes avances en computación, información, sistemas de comunicación y redes de la revolución de Internet. Este empalme entre el mundo de las máquinas y el mundo digital provoca un cambio en diferentes aspectos de la industria, primordialmente en la optimización de procesos y la mano de obra 'humana'.

De acuerdo con lo anterior y con base en un estudio realizado por GE (General Electric), son tres los conceptos a tener en cuenta para el Internet Industrial: máquinas inteligentes como nuevas formas de conectar y mejorar procesos por medio de sensores avanzados, controles, redes y aplicaciones de software; análisis avanzados basados en automatización, física, administración, etc., para comprender la operación de grandes sistemas y empresas; y gente en el trabajo, conectando a las personas al sector industrial en cualquier momento, sea desde oficinas, empresas o en movimiento con el fin de apoyar a todo instante operaciones, servicios, seguridad o mantenimientos.

En consecuencia, el IIoT, iniciando con sensores e instrumentación avanzada, permite el almacenamiento y análisis de gran cantidad de datos que pueden ser usados para mejorar el rendimiento de las máquinas y la eficiencia de los sistemas y procesos, al igual que la experiencia de los usuarios finales o los clientes.

No obstante, el Industrial Internet of Things es un punto importante en la construcción de la Industria 4.0, ya que ésta, al referirse específicamente a procesos y fabricación, va de la mano con la interconexión entre máquinas y programas para generar procesos automatizados. Uno de sus objetivos es adaptar la producción a las necesidades particulares de cada consumidor en tiempo real.

De esta manera, el IIoT se refiere específicamente a la conexión de redes y software dentro de una empresa, con cualquier dispositivo, incluidas las máquinas para procesos de fabricación industrial y control de los mismos, es decir, se centra en todo. Mientras que la Industria 4.0 incorpora sistemas, automatización, robótica e Internet para cumplir con los requisitos de una fábrica interconectada, optimizada, funcional y eficiente, centrándose más en el hardware y los equipos utilizados para los procesos.

La cuarta revolución industrial

De acuerdo con un informe del Dr. Krzysztof Bledowski, de la Fundación MAPI, "la Industria 4.0, cuarta revolución industrial, describe una cadena de producción descentralizada que se considera desde el diseño hasta el final por medio del servicio de la cadena de suministro, fabricación, distribución y atención al cliente. El IIoT comprende los mismos procesos, pero sus posibilidades se extienden más allá de la fabricación. Sin embargo, la esencia de ambos conceptos es que las máquinas, procesos, análisis y las personas estén unidas".

Específicamente en las industrias, para llegar a esta cuarta revolución, se ha recorrido un camino valioso, caracterizado por tres etapas anteriores que han contribuido al avance del sector manufacturero. La primera, Industria 1.0, se refiere a la introducción del telar mecánico en 1784, simplificando el proceso de fabricación de textiles. La segunda, Industria 2.0, fue la línea de montaje en 1913, por Henry Ford, que permitió la producción en masa, especialmente de automóviles. Y la tercera, Industria 3.0, que resalta el uso del primer PLC (Programmable Logic Controller) en 1969, el cual añadió la inteligencia a los equipos de las plantas, permitiendo incrementar el tiempo de actividad del sistema. Con estos avances y la inclusión del Internet, se ha dado paso a la futura revolución, la Industria 4.0.

"La Industria 4.0 es un término que estamos usando para todas aquellas tecnologías que nos lleven a que las empresas entren en conceptos de cadena de valor. Allí estaríamos hablando de sistemas que son espacios reales-virtuales o virtuales-físicos, que nos llevan a la Internet de los servicios, de los aparatos y demás, todo eso facilitándonos el futuro que serían las empresas inteligentes, es decir, la Industria 4.0 finaliza en que vamos a tener Smart Factories", explica la Dra. María del Pilar Noriega.

La directora general del ICIPC también añade que esta conformación de la Industria 4.0 se va dando de manera modular y estructurada, ya que estos espacios y procesos deben tener protocolos de seguridad trascendentales que permitan que este nuevo mundo industrial, al no estar ubicado en único lugar, pueda tomar decisiones descentralizadas a través de estas plataformas online.

La Industria 4.0, una iniciativa del gobierno alemán, se centra en el sector manufacturero y se describe como una mejora, gracias al IIoT, en producción, logística e ingeniería por medio de la conexión de máquinas, sistemas y partes interesadas (fabricante y cliente) a lo largo del proceso de fabricación. Desde el proveedor, la planta, el distribuidor, el producto fabricado y el usuario final, todo alrededor de la operación, se conectará permitiendo una integración de procesos de negocio y tecnología.

Con esta integración de datos sobre el producto, se puede obtener información valiosa sobre el funcionamiento de los equipos, la mercancía y referencias para mejorar la experiencia de los clientes, permitiendo que las máquinas se auto corrijan o brindando mejores soluciones de fabricación a las personas.

La producción industrial del futuro se caracterizará por la individualización y flexibilidad de los productos, la integración de los clientes, el control de procesos y la tecnología avanzada, entre otras características.

La manufactura aditiva como catalizador

Por otro lado, la Industria 4.0 inicialmente está siendo impulsada por la sensórica y los robots, aunque ya está tomando partida la manufactura aditiva o impresión 3D. Otras peculiaridades que conforman esta industria son:

- Robótica colaborativa y manufactura flexible a partir de los sensores, en donde las máquinas ayudan a los operarios en tareas repetitivas o peligrosas, reconociéndolos y compartiendo entre sí actividades dentro de un mismo espacio, sin necesidad de reemplazarse.

- Equipos “ciber físicos” en gran cantidad con sistemas embebidos en la fabricación y funciones para procesamiento de grandes cantidades de datos.

- “Big data”, una tecnología de análisis de datos que unidos con máquinas e inteligencia ofrecen importantes funcionalidades, además de almacenar y procesar en tiempo real órdenes o procesos básicamente desde la “nube” o la web.

- Sensorización y visión inteligente, en donde las máquinas aprenden por sí mismas los procesos, bajo la coordinación de un operario, lo que también se definiría como instalaciones autónomas.

- Fabricación adaptable e información en tiempo real.

- Fabricación aditiva, gracias a que ahorra tiempo y dinero en los procesos.

"La manufactura aditiva lleva más rápidamente a la Industria 4.0. Uno sí se puede imaginar, al igual que en una impresora 3D, poder enviar información o datos a una máquina como la que tiene Arburg de manufactura aditiva y que en línea se pueda llegar a ver qué se está fabricando", asegura la directora general del ICIPC. "La Industria 4.0 y la manufactura aditiva van de la mano porque estamos hablando de infraestructuras compartidas con mercados globales, es decir, puede existir un centro de manufactura aditiva en Holanda pero se van a encontrar plataformas de Internet en Asia, Estados Unidos o Latinoamérica, que mandan a esa infraestructura fabricaciones de prototipos o tirajes cortos", añade.

Nuevos retos a la vista

Sin duda, tanto el IoT como el IIoT y la industria 4.0 son conceptos en potencia que así como mejorarán la calidad de vida traerán consigo varios retos para las industrias y de paso para los profesionales. De acuerdo con un reporte de Alemania del 2013, son seis los temas principales a resolver para que esta industria funcione:

  1. La interoperación, es decir, la posibilidad de ejecutar los sistemas físico-virtuales.
  2. La virtualización, debido a que las empresas inteligentes tienen que fortalecer y entender todos los procesos de monitoreo, los modelos de simulación y de plantas virtuales.
  3. La descentralización, ya que hoy en día aún compañías multinacionales usan esquemas centralizados de comunicación y de procesos denominados casa matriz.
  4. La capacidad de realizar los procesos en tiempo real, saber cómo y cuándo un consumidor pone su orden de compra de manera efectiva en la cadena de producción y en qué momento realizarán su entrega. Esto implica la recolección de datos, el análisis y la toma de decisiones adecuadas, garantizando todas las etapas del proceso.
  5. La orientación al servicio, entender esta cultura virtual y la oferta de valor de una Smart Factory.
  6. La modularidad, que se refiere a la manera en que las empresas inteligentes se pueden adaptar rápidamente a los requerimientos que se generen en cierto momento y puedan reemplazar módulos entre sí sin que se colapse el sistema.

Y sin escatimar, como bonus, la ciberseguridad será un séptimo punto a tener en cuenta, debido a que uno de los principales temores es que se puedan colapsar sistemas, redireccionar procesos de producción o hasta invadir la privacidad de empresas y consumidores, generando un caos o daños en cualquier instalación e institución.

Capacitación: un paso clave para el crecimiento

Por otro lado, el leve desconocimiento sobre esta cuarta revolución industrial por parte de los profesionales del sector plástico es notorio, debido a que por su ejecución un poco tardía no se le ha prestado mucha atención. "Creo que hace falta mucha más comunicación sobre este tema, ya que se asocia la Industria 4.0 a sistemas para la predicción de fallas y mantenimiento, y resulta que va más allá, cosa que aún no se ha entendido del todo", afirma la Doctora.

Sin embargo, ante este panorama, y teniendo en cuenta los saberes que ya están por parte de la academia e instituciones de investigación, el plan a poner en marcha son capacitaciones por parte de los diferentes actores involucrados en la conformación de esta industria, tales como: empresas capacitando en TICs, en hardware y software como el caso de SAP; e institutos de investigación como el ICIPC y las universidades, quienes estarían detrás mirando y estudiando el desarrollo de sensores, programas y algoritmos que permitan la interacción entre productos y plataformas, además de otros organismos, ya que cada uno tendrá su área de capacitación debido a que un único actor no puede cubrir todo.

"Por parte del ICIPC, la capacitación que se puede hacer es el abordar e ingresar en pilotos de proyectos entre la academia, el estado y la industria respecto a esta temática. Las universidades por su lado, en los centros de investigación, ya empezaron a estudiar el tema, sobre todo en proyectos como sistemas de georreferenciación y localización de contenedores o empaques inteligentes. Muy pronto lo que afecte la logística será lo primero en reaccionar", asegura su directora general.

Así mismo, existen una serie de metas a cumplir dentro toda esta ola de Industria 4.0, dentro de las cuales se pueden destacar la nueva generación de productos personalizados ("customized") que son hechos a la medida del cliente, la garantía de brindar una alta flexibilidad que implica un orden en la producción, sistemas completamente inteligentes y optimizados que a la vez se puedan autoconfigurar, un flujo de trabajo eficiente, un completo control de procesos y una participación de los consumidores en la etapa de fabricación, entre otros objetivos.

La eficiencia energética también es un propósito clave, pues el tema de sostenibilidad seguirá de la mano con la Industria 4.0 gracias a que al ejecutar estos nuevos procesos se espera que el daño al medio ambiente disminuya aún más, al igual que el consumo de energía.

"La Industria 4.0, al utilizar tantos recursos virtuales, requiere menos espacios reales porque se usan muchos a través de comunicaciones, computación, páginas web, etc. De esta manera, todas las industrias que requieran lugares físicos como oficinas y plantas, se podría disminuir, pues se tendrían redes descentralizadas que generarían un ahorro importante, en especial el tema energético y la emisión de gases contaminantes", afirma la Doctora Noriega.

En la industria del plástico, quizá, el segundo recurso más importante es el energético, luego de las materias primas. Por ende, si se logra el manejo de maquinaria vía plataformas IoT, se obtendrá una disminución en el consumo de energía, además de una optimización en la producción.

En palabras de la Dra. Noriega, todavía no hemos llegado a la Industria 4.0, aún estamos en el preámbulo, pues si bien se tienen de manera aislada los proveedores de las TICs, las plataformas de intercambio de datos y dinero, y las compañías que permiten poder seleccionar y diseñar productos en línea, aún no se ha logrado la relación entre todo para poder hacer la transacción, la generación de una fabricación en línea y en tiempo real.

"No hemos llegado a que un usuario, colocando una orden de compra en una compañía, active la manufactura, por ejemplo de un molde, haga el pago y vea en tiempo real qué está pasando con su molde. Falta todavía ese Internet Industrial de máquinas inteligentes, de una analítica muy avanzada para poder identificar esa relación seria de proveedor-cliente. Además, veo que Europa apenas está en la preparación de ese futuro que llamaron Smart Manufacturing, sus documentos hablan de una proyección a 2025 y ellos son los líderes", manifiesta Noriega.

Los primeros avances de la Industria 4.0 en plásticos

Dentro de los ejemplos de compañías que ya están poniendo en práctica la Industria 4.0, tenemos en primera instancia a Wittmann Battenfeld, que se ha enfocado en desarrollar Wittmann 4.0, su definición más cercana a esta revolución. En este concepto la empresa concibe un foco, como un sistema de control, que reúne toda la información de las máquinas, los robots, dispositivos periféricos, la producción, la calidad y una cantidad de datos para monitorear y así mismo permitir a los equipos que se puedan auto ajustar.

Por su parte, Engel presentará en la próxima Fakuma 2015 un acercamiento a una Smart Factory, en donde todos los datos de sus máquinas se recolectarán en un ordenador central y usará productos como Engel e-factory MES para programar tareas, consultar el estado de las inyectoras, documentación, etc. Así mismo, los participantes se vincularán en el proceso de producción haciendo uso del portal Engel e-connect para identificar y solicitar piezas de recambio o requerir servicios. Adicionalmente, todo estará interconectado gracias a software, de manera que analizarán constantemente los procesos de moldeo y ajustarán automáticamente posibles inconvenientes.

Finalmente, Arburg, uno de los principales representantes, hasta el momento, de la Industria 4.0 dentro del sector plástico, estará presente en Fakuma 2015 con un sistema completo de fabricación, incluyendo la manufactura aditiva. En éste se realizarán versiones únicas de tijeras de oficina, en donde se moldearán los mangos plásticos en una Allrounder 370 E eléctrica sobre las cuchillas que llevarán grabado con láser un código particular. Luego un sistema robótico Multilift V insertará las tijeras en el portapiezas y las extraerá de la celda de producción a través de una banda transportadora. Un escáner verificará si las tijeras deben ser entregadas al visitante directamente. Y como último paso, un robot de seis ejes, de Kuka, montado sobre una plataforma móvil y denominado 'iiwa', además de manejar la carga y descarga automática, entregará las tijeras terminadas individualizadas 2D o 3D 'personalmente' a los visitantes.

Articulo proveniente de la revista impresa con el código: Tp3005-industria40.

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