La tecnología de fabricación inteligente está transformando la producción en masa

La fabricación inteligente o SM (el uso de tecnologías avanzadas y altamente integradas en los procesos de fabricación) está revolucionando la forma de operar de las empresas. La evolución de las tecnologías y un mercado cada vez más globalizado y digitalizado han llevado a los fabricantes a adoptar tecnologías de fabricación inteligente para mantener su competitividad y rentabilidad.

Los sistemas de SM, una aplicación innovadora del Internet industrial de las cosas (IIoT), se basan en el uso de sensores de alta tecnología para recopilar datos vitales sobre el rendimiento y el estado de los activos críticos de una organización.

La fabricación inteligente, como parte de la transformación digital de la Industria 4.0, utiliza una combinación de tecnologías emergentes y herramientas de diagnóstico (p. ej., aplicaciones de inteligencia artificial (IA), Internet de las cosas (IoT), robótica y realidad aumentada, entre otras) para optimizar la planificación de los recursos empresariales (ERP), lo que hace que las empresas sean más ágiles y adaptables. 

En este artículo se exploran las tecnologías clave asociadas a los sistemas de fabricación inteligente, los beneficios de adoptar procesos de SM y las formas en que la SM está transformando el sector de la fabricación.

La fabricación inteligente (SM) es un proceso sofisticado que depende de una red de nuevas tecnologías que trabajan en colaboración para optimizar todo el ecosistema de producción.

Las herramientas clave del SM incluyen las siguientes:

Internet industrial de las cosas (IIoT)

El IIoT es una red de maquinaria, herramientas y sensores interconectados que se comunican entre sí y con la nube para recopilar y compartir datos. Los activos conectados al IIoT ayudan a las instalaciones de fabricación industrial a gestionar y mantener los equipos mediante el uso del cloud computing y la facilitación de la comunicación entre la maquinaria habilitada. Estas características utilizan datos de múltiples máquinas de forma simultánea, automatizan los procesos y proporcionan a los fabricantes análisis más sofisticados.

En las fábricas inteligentes, los dispositivos de IIoT se utilizan para mejorar la visión artificial, realizar un seguimiento de los niveles de inventario y analizar datos para optimizar el proceso de producción en masa. 

El IIoT no solo permite que los activos inteligentes conectados a internet se comuniquen y compartan datos de diagnóstico, lo que permite comparaciones instantáneas de sistemas y activos, sino que también ayuda a los fabricantes a tomar decisiones más informadas sobre toda la operación de producción en masa.

Inteligencia Artificial (IA)

Uno de los beneficios más significativos de la tecnología de IA en la fabricación inteligente es su capacidad para realizar análisis de datos en tiempo real de manera eficiente. Con sensores y dispositivos de IoT que recopilan datos de máquinas, equipos y líneas de montaje, los algoritmos con IA pueden procesar y analizar rápidamente las entradas para identificar patrones y tendencias, lo que ayuda a los fabricantes a comprender el rendimiento de los procesos de producción.

Las empresas también pueden utilizar sistemas de IA para identificar anomalías y defectos en los equipos. Los algoritmos de machine learning y las redes neuronales, por ejemplo, pueden ayudar a identificar patrones de datos y a tomar decisiones basadas en esos patrones, lo que permite a los fabricantes detectar problemas de control de calidad en una fase temprana del proceso de producción.

Además, la utilización de soluciones de IA como parte de los programas de mantenimiento inteligente puede ayudar a los fabricantes a:

• Implementar el mantenimiento predictivo
• Optimizar la gestión de la cadena de suministro
• Identificar los riesgos de seguridad en el lugar de trabajo

Robótica

La automatización robótica de procesos (RPA) ha sido un factor clave en la fabricación inteligente, ya que los robots se encargan de tareas repetitivas y/o peligrosas, como el montaje, la soldadura y la manipulación de materiales. La tecnología robótica puede realizar tareas repetitivas con mayor rapidez y un grado de precisión mucho mayor que los trabajadores humanos, lo que mejora la calidad del producto y reduce los defectos. 

La robótica también es extremadamente versátil y puede programarse para realizar una amplia gama de tareas, lo que la hace ideal para procesos de fabricación que requieren una gran flexibilidad y adaptabilidad. En una planta de Phillips en los Países Bajos, por ejemplo, los robots fabrican las afeitadoras eléctricas de la marca. Y una planta japonesa de Fanuc utiliza robots industriales para fabricar robots industriales, lo que reduce las necesidades de personal a solo cuatro supervisores por turno.

Quizás lo más significativo es que los fabricantes interesados en un enfoque de SM pueden integrar la robótica con sensores de IIoT y análisis de datos para crear un entorno de producción más flexible y con mayor capacidad de respuesta.

Cloud y edge computing 

El cloud computing y el edge computing desempeñan un papel importante en el funcionamiento de las plantas de fabricación Inteligente. El cloud computing ayuda a las organizaciones a gestionar la recopilación y el almacenamiento de datos de forma remota, lo que elimina la necesidad de software y hardware on-premises y aumenta la visibilidad de los datos en la cadena de suministro. Con las soluciones basadas en la nube, los fabricantes pueden aprovechar las aplicaciones del IIoT y otras tecnologías innovadoras (como el edge computing) para monitorizar los datos de los equipos en tiempo real y escalar sus operaciones con mayor facilidad.

El edge computing, por otro lado, es un paradigma de computación distribuida que acerca el cálculo y el almacenamiento de datos a las operaciones de fabricación, en lugar de almacenarlos en un centro de datos central basado en la nube. En el contexto de la fabricación inteligente, el edge computing implementa recursos informáticos y almacenamiento de datos en el edge de la red (más cerca de los dispositivos y máquinas que generan los datos), lo que permite un procesamiento más rápido con mayores volúmenes de datos de los equipos.

El edge computing en la fabricación inteligente también ayuda a los fabricantes a hacer lo siguiente:

• Reducir los requisitos de ancho de banda de la red, los problemas de latencia y los costes asociados a la transmisión de big data a larga distancia.
• Garantizar que los datos confidenciales permanezcan dentro de su propia red, mejorando la seguridad y el cumplimiento.
• Mejorar la fiabilidad y la resiliencia operativas manteniendo los sistemas críticos en funcionamiento durante el tiempo de inactividad del centro de datos central y/o las interrupciones de la red.
• Optimizar los flujos de trabajo mediante el análisis de datos de múltiples fuentes (p. ej., niveles de inventario, rendimiento de las máquinas y demanda de los clientes) para encontrar áreas de mejora y aumentar la interoperabilidad de los activos.

Juntos, el edge computing y el cloud computing permiten a las organizaciones utilizar el software como servicio (SaaS), ampliando la accesibilidad tecnológica a una gama más amplia de operaciones de fabricación.

En entornos de fabricación, donde los retrasos en la toma de decisiones pueden tener un impacto significativo en los resultados de producción, el cloud computing y el edge computing ayudan a las empresas manufactureras a identificar y responder rápidamente a fallos en los equipos, defectos de calidad, cuellos de botella en la línea de producción, etc.

Blockchain

El blockchain es un libro de contabilidad compartido que ayuda a las empresas a registrar transacciones, realizar un seguimiento de los activos y mejorar la ciberseguridad dentro de una red empresarial. En un sistema inteligente de ejecución de la fabricación (MES), el blockchain crea un registro inmutable de cada paso de la cadena de suministro, desde las materias primas hasta el producto acabado. Al utilizar el blockchain para realizar un seguimiento del movimiento de bienes y materiales, los fabricantes pueden garantizar que cada paso del proceso de producción sea transparente y seguro, lo que reduce el riesgo de fraude y mejora la rendición de cuentas.

El blockchain también se puede utilizar para mejorar la eficiencia de la cadena de suministro mediante la automatización de muchos de los procesos implicados en el seguimiento y la verificación de las transacciones. Por ejemplo, una organización puede utilizar contratos inteligentes (contratos que se ejecutan automáticamente con los términos del acuerdo escritos directamente en líneas de código) para verificar la autenticidad de los productos, realizar el seguimiento de los envíos y efectuar los pagos. Esto puede ayudar a reducir el tiempo y los costes asociados a los procesos manuales, a la vez que mejora la precisión y reduce el riesgo de errores.

Los fabricantes también pueden utilizar las tecnologías de blockchain para proteger la propiedad intelectual mediante la creación de un registro de propiedad y mejorar las prácticas de sostenibilidad mediante el seguimiento del impacto medioambiental de los procesos de producción.

Gemelos digitales

Los gemelos digitales se han convertido en un concepto cada vez más popular en el mundo de la fabricación inteligente. Un gemelo digital es una réplica virtual de un objeto o sistema físico que está equipado con sensores y conectado a internet, lo que le permite recopilar datos y proporcionar conocimientos sobre el rendimiento en tiempo real. Los gemelos digitales se utilizan para monitorizar y optimizar el rendimiento de los procesos de fabricación, las máquinas y los equipos. 

Al recopilar datos de los sensores de los equipos, los gemelos digitales pueden detectar anomalías, identificar posibles problemas y proporcionar conocimientos sobre cómo optimizar los procesos de producción. Los fabricantes también pueden utilizar los gemelos digitales para simular escenarios y probar configuraciones antes de implementarlas, así como para facilitar el mantenimiento y la asistencia remotos.

Impresión 3D

La impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, es una tecnología en rápido crecimiento que ha cambiado la forma en que las empresas diseñan, crean prototipos y fabrican productos. Las fábricas inteligentes utilizan principalmente la impresión 3D para fabricar piezas y componentes complejos de forma rápida y precisa.

Los procesos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección, pueden verse limitados por la complejidad de la geometría de las piezas de un prototipo y pueden requerir múltiples pasos y operaciones para su producción. Con la impresión 3D, los fabricantes pueden producir geometrías complejas en un solo paso, lo que reduce el tiempo y los costes de fabricación.

La impresión 3D también puede ayudar a las empresas a:

• Desarrollar productos y componentes personalizados mediante el uso de archivos de diseño digitales.
• Desarrollar y probar prototipos directamente en la planta de producción.
• Habilitar la fabricación bajo demanda para optimizar los procesos de gestión de inventario.

Análisis predictivo 

La fabricación inteligente depende en gran medida del análisis de datos para recopilar, procesar y analizar datos de diversas fuentes, incluidos sensores de IIoT, sistemas de producción y sistemas de gestión de la cadena de suministro. Mediante el uso de técnicas avanzadas de análisis de datos, el análisis predictivo puede ayudar a identificar de forma proactiva ineficiencias, cuellos de botella y problemas de calidad.

El principal beneficio del análisis predictivo en el sector de la fabricación es su capacidad para mejorar la detección de defectos, lo que permite a los fabricantes tomar medidas preventivas para evitar tiempos de inactividad y fallos en los equipos. El análisis predictivo también permite a las organizaciones optimizar los programas de mantenimiento para determinar el mejor momento para realizar el mantenimiento y las reparaciones.

Las soluciones de fabricación inteligente, como IBM® Maximo Application Suite, ofrecen una serie de beneficios en comparación con los enfoques de fabricación más tradicionales, entre los que se incluyen los siguientes:

• Mayor eficiencia: la fabricación inteligente puede mejorar la eficiencia organizativa al optimizar los procesos de producción y facilitar las iniciativas de convergencia de datos. Al aprovechar las nuevas tecnologías de la información, los fabricantes pueden minimizar los errores de producción, reducir los residuos, disminuir los costes y mejorar la eficacia general de los equipos.
• Mejora de la calidad del producto: la fabricación inteligente ayuda a las empresas a producir productos de mayor calidad al mejorar el control de los procesos y las pruebas de los productos. Mediante el uso de sensores de IIoT y análisis de datos, los fabricantes pueden monitorizar y controlar el rendimiento de la producción en tiempo real, identificando y corrigiendo los problemas antes de que afecten a la calidad del producto.
• Mayor flexibilidad: la fabricación inteligente mejora la flexibilidad de la producción al permitir a los fabricantes adaptarse rápidamente a las cambiantes demandas del mercado y maximizar los beneficios de la previsión de la demanda. Mediante la implementación de herramientas de robótica e IA, los fabricantes pueden reconfigurar rápidamente las líneas de producción a lo largo de todo el ciclo de vida para adaptarse a los cambios en el diseño del producto o el volumen de producción, optimizando eficazmente la cadena de valor.

IBM Maximo Application Suite es un completo sistema de gestión de activos empresariales que ayuda a las organizaciones a optimizar el rendimiento de los activos, prolongar su vida útil y reducir el tiempo de inactividad no planificado. IBM Maximo ofrece a los usuarios una plataforma integrada basada en la nube y con IA, con completas capacidades CMMS que generan análisis de datos avanzados y ayudan a los responsables de mantenimiento a tomar decisiones más inteligentes y basadas en datos.