7. La Fabricación Inteligente en las PYMES

“Fabricación inteligente” o “Fábrica inteligente” se utilizan a menudo como sinónimos de Industria 4.0. En particular, la Industria 4.0 en combinación con la digitalización también ha contribuido en última instancia a la formación del término “transformación digital”. Si bien Industria 4.0 se refiere principalmente a la industria manufacturera, los conceptos de transformación digital también se aplican a sectores no industriales y contribuyen a la introducción de tecnologías digitales y modelos de negocios digitales allí.

En los últimos años, los conceptos básicos de la Industria 4.0 y la transformación digital también se han trasladado a muchos otros ámbitos. En 2016, por ejemplo, se creó el término Sociedad 5.0 con el objetivo general de aumentar el bienestar de la sociedad a largo plazo por medio de tecnologías nuevas y avanzadas y, por lo tanto, transferir muchas de las tecnologías a la vida cotidiana. Además, muchas ciudades y regiones han estado trabajando en estrategias de digitalización durante varios años para aumentar la eficiencia en el sector público y la sostenibilidad. Con la presión de introducir tecnologías de la Industria 4.0 en las empresas, también hay una escasez de trabajadores calificados con los conocimientos adecuados en estas tecnologías. Esto ha llevado a la mayoría de los sistemas educativos a adaptar sus currículos y contenidos a estos nuevos desarrollos. Tales desarrollos a menudo se han denominado Educación 4.0 o, para el sector de la ingeniería, Educación en ingeniería 4.0. La última tendencia que surge desde hace unos años es la introducción de la inteligencia artificial en las empresas. También en el campo de la fabricación, actualmente se están buscando oportunidades para introducir métodos de inteligencia artificial (IA) establecidos para la optimización de los procesos de producción y explorar la gama de posibles aplicaciones.

Implementación la Industria 4.0 en las PYMES VERDES

PYMES VERDES recomienda utilizar un modelo de tres etapas: (i) nivel de diseño, (ii) nivel de implementación y (iii) nivel operativo.

El nivel de diseño comprende las pautas de diseño presentadas anteriormente y el marco y apoya al diseñador del sistema en esta fase de diseño.

El nivel de implementación se divide en proyectos piloto iniciales y el posterior despliegue del concepto y las tecnologías. En proyectos piloto previamente definidos, las tecnologías se prueban y evalúan inicialmente para determinar su idoneidad para la operación y aplicación. Con base en la retroalimentación, se lleva a cabo más trabajo para consolidar la implementación de las tecnologías. A esto le sigue el llamado “roll-out”, en el que primero se planifican las áreas con mayor potencial y se prioriza el cronograma. El despliegue se completa luego con el apoyo de testimonios de los proyectos piloto.

El nivel operativo se ocupa de la integración y coordinación con los departamentos funcionales de la empresa. Tanto para la fase piloto como para la implementación, es necesario involucrar a los departamentos individuales y así iniciar la transferencia del proyecto al proceso comercial. En cuanto a la transferencia de conocimiento, por un lado, se transfieren nuevos conocimientos y nuevas tecnologías a las áreas operativas de la empresa. Por otro lado, las pautas y el marco definidos a nivel de diseño también se ponen a prueba mediante la retroalimentación del nivel operativo en un proceso iterativo y se adaptan si es necesario.

Retos a las PYMES en la Industria 4.0+

Después de diez años de una continua promoción de la Industria 4.0 y el esfuerzo por introducir la Industria 4.0 también en las PYMES, deberíamos echar un vistazo al futuro para identificar qué tipo de desafíos enfrentarán las pymes en los próximos diez años. Varios investigadores ya discuten si sería el comienzo de una nueva revolución industrial o “Industria 5.0” con un fuerte enfoque en la introducción de inteligencia artificial en la fabricación. Mirando más de cerca los objetivos originales de la Industria 4.0 desde el principio, podemos entender que aún no se han logrado por completo. Si bien los objetivos iniciales, como los sistemas ciberfísicos, las fábricas inteligentes y conectadas, el IoT y la integración de datos, ya son temas bien investigados y listos para implementarse, otros objetivos, como los sistemas de fabricación inteligentes o las fábricas de optimización automática, están en sus inicios y necesitan aún más investigación. Por lo tanto, no se ve el comienzo de una revolución industrial completamente nueva, sino la finalización de algo que comenzó hace aproximadamente diez años.

En este sentido, la propuesta PYMES VERDES propone un concepto llamado “Industria 4.0+” que describe un próximo nivel de Industria 4.0 con nuevos desafíos para la próxima década. En la historia hemos tenido cuatro revoluciones industriales con la extensión de Industria 4.0 al siguiente nivel de Industria 4.0+. El primer nivel (mecanización) tuvo como objetivo lograr una fábrica inteligente y conectada, mientras que el siguiente la electrificación, la tercera revolución fue la automación, y el futuro nivel de Industria 4.0 tiene como objetivo lograr una fábrica inteligente y que se auto optimice. El primer nivel de Industria 4.0 se caracteriza por la innovación impulsada por la tecnología, que también es el requisito previo para el siguiente nivel. En esta última década 2010-2020, desarrollamos tecnologías que hacen posible crear datos, recolectar y administrar datos y procesar grandes cantidades de datos. El segundo nivel de Industria 4.0 se caracteriza por la innovación basada en datos e inteligencia. La próxima década de Industria 4.0 estará dominada por dar sentido a los datos y utilizar dichos datos no solo para optimizar nuestras fábricas, sino también para llevarlas a un nivel de autorregulación y auto optimización. Yendo de esta manera hacia las fábricas inteligentes, podemos explotar las capacidades de la inteligencia artificial, así como la inteligencia bioinspirada.

Primero, debemos definir claramente qué entendemos por Industria 4.0 al diferenciar los dos términos “fábrica smart” y “fábrica inteligente”. Mientras que una fábrica “smart” puede entenderse como un sistema de fabricación, que es capaz de aplicar conocimientos previamente adquiridos, una fábrica “inteligente” puede verse como una fábrica que puede adquirir nuevos conocimientos de forma autónoma y aplicarlos con fines de auto optimización. Para lograr este objetivo, los resultados de la primera era de la Industria 4.0 juegan un papel importante, ya que la digitalización, la conectividad y las tecnologías de fabricación avanzadas son un requisito previo para este próximo nivel de la Industria 4.0. En los próximos años, el objetivo será hacer realidad la visión de la Industria 4.0 al equipar nuestros sistemas de fabricación con inteligencia utilizando la naturaleza como inspiración y aprovechar los últimos avances en inteligencia artificial.

Se puede realizar un sistema de fabricación inteligente y de optimización automática mediante el uso de inteligencia artificial (incluido el aprendizaje automático y con una cantidad y complejidad de datos cada vez mayores, especialmente el aprendizaje profundo). Se esperan posibilidades para la aplicación de la inteligencia artificial en la fabricación en el diseño de ingeniería automatizado o asistido, la reconfiguración del sistema de fabricación, la planificación de la producción, el mantenimiento predictivo, la inspección de calidad y la gestión de la cadena de suministro.

La introducción de la inteligencia artificial en la fabricación permite que los sistemas de fabricación se vuelvan auto conscientes, auto comparativos, auto predictivos, auto optimizantes y, por lo tanto, más resistentes que los sistemas de fabricación tradicionales.

La resiliencia es también una de las características centrales de muchos sistemas biológicos. Desde un punto de vista biológico, la resiliencia es una propiedad que permite que un sistema mantenga sus funciones frente a perturbaciones internas y externas. El aumento de las capacidades técnicas en el procesamiento de la información y las capacidades informáticas han permitido una comprensión cada vez mayor de los procesos biológicos en nuestro entorno en los últimos años. Es de esperar que la biología y la tecnología de la información se acerquen más en el futuro. Por lo tanto, la transformación biológica también se ve como un proceso paralelo a la transformación digital. La transformación biológica puede trasladarse en tres niveles a la producción industrial:

— Fabricación bioinspirada: implica la imitación o transferencia de fenómenos de la naturaleza a problemas técnicos complejos.
— Fabricación biointegrada: significa la integración de procesos tecnológicos y biológicos en procesos industriales de valor añadido.
— Fabricación biointeligente: como la combinación de sistemas técnicos, informáticos y biológicos que crean sistemas de creación de valor robustos y autosuficientes.

Esto da como resultado potenciales completamente nuevos en el uso de la naturaleza como fuente de inspiración, no solo imitando los efectos biológicos, sino también transfiriendo inteligentemente los principios de la naturaleza a varios campos de aplicación, como la fabricación. Puede verse como un proceso que interactúa simbióticamente con la transformación digital. Si bien los dos primeros niveles de transformación biológica mencionados anteriormente ya se han aplicado en el pasado y en el presente, el tercer nivel representa una innovación revolucionaria que podrá desplegar todo su potencial en breve sobre la base de las últimas tecnologías de la Industria 4.0 y mejorada por el progreso en inteligencia artificial.

Estos nuevos desafíos están actualmente muy lejos para las PYME en particular, ya que la inteligencia artificial y especialmente la biointeligencia, son temas que las pequeñas empresas actualmente no están o apenas les preocupan. Sin embargo, a mediano y largo plazo, las PYME deben estar preparadas para este desarrollo futuro, se deben proporcionar los programas de calificación necesarios y se debe identificar cómo las PYME pueden beneficiarse mejor de este nuevo desarrollo. Esto significa impulsar la implementación de Industria 4.0, ya que las tecnologías habilitadoras propuestas también son la base para el siguiente nivel de Industria 4.0+. En el futuro, sin embargo, también será necesario adaptar los enfoques, aplicaciones y herramientas de Industria 4.0+ a las necesidades de las empresas más pequeñas.