¿Qué son las fábricas y la fabricación inteligentes?

Los fabricantes están aprovechando las últimas innovaciones digitales para replantearse sus operaciones. En una encuesta de 2023 realizada por Sapio Research y Rockwell Automation entre 1350 fabricantes de 13 países, el 97 % de los encuestados afirmó que planea usar tecnologías de fabricación inteligente, que pueden incluir todo, desde robótica hasta el Internet de las cosas (IoT), en el plazo de uno o dos años.

Si bien estas inversiones proporcionan beneficios inmediatos al aumentar las prácticas de automatización convencionales, también sientan las bases para que los fabricantes reinventen cómo funcionan sus instalaciones a través de la creación de fábricas inteligentes, que priorizan la interconectividad del sistema y el intercambio de datos, ayudando a los fabricantes a producir bienes más rápidamente y con menos defectos mientras reducen aún más los costes.

¿Qué es una fábrica inteligente?

Una fábrica inteligente utiliza sistemas y maquinaria interconectados para generar datos, a menudo en tiempo real, para mejorar los procesos de producción de forma integral y ayudar a los operadores de máquinas, supervisores de líneas, ingenieros, directivos de la compañía y otros a tomar mejores decisiones. Las máquinas y dispositivos de fábrica inteligente también generan datos sobre su propio estado para que el mantenimiento se pueda aplicar antes de que se averíen.

Vale la pena señalar que las fábricas llevan muchos años utilizando la robótica y la automatización. Sin embargo, esas instalaciones no se consideran fábricas inteligentes a menos que utilicen sistemas y máquinas totalmente integrados que unan los mundos físico y digital. Las fábricas inteligentes a menudo utilizan robótica avanzada y, a veces, impresión 3D. Son la materialización del concepto más amplio de fabricación inteligente.

¿Qué es la fabricación inteligente?

La fabricación inteligente es un concepto que se refiere al uso de tecnologías para coordinar los procesos físicos y digitales en las fábricas y en toda la cadena de suministro de fabricación. Dichos procesos incluyen el aprovisionamiento de materiales, la logística, la producción y la eliminación de residuos. Los principales objetivos de la fabricación inteligente son mejorar el rendimiento operativo y responder rápidamente a las fluctuaciones de la oferta y la demanda.

Conclusiones clave

• La fabricación inteligente es un concepto que alude al uso de tecnologías totalmente integradas para recopilar datos y digitalizar procesos en las fábricas y en toda la cadena de suministro industrial.
• Las fábricas inteligentes son la materialización del concepto de fabricación inteligente.
• La inteligencia artificial, el machine learning, el Internet de las cosas y la robótica de vanguardia respaldan el funcionamiento de la mayoría de las fábricas inteligentes.
• Las fábricas inteligentes atraen a los fabricantes porque permiten reducir costes, mejorar la eficiencia, ampliar la producción rápidamente en función de los cambios en la demanda, reducir la dependencia de la mano de obra y limitar los defectos en los productos.

En qué consisten las fábricas y la fabricación inteligentes

Si bien los términos "fabricación inteligente" y "fábricas inteligentes" a menudo se usan indistintamente, son diferentes. La fabricación inteligente es un concepto que alude al uso de tecnologías para coordinar los procesos físicos y digitales en las fábricas y en toda la cadena de suministro con el fin de mejorar el rendimiento. Las fábricas inteligentes hacen realidad esa idea, utilizando datos recopilados de equipos en red equipados con sensores —lo que se conoce como Internet industrial de las cosas (IIoT)—, así como robots y líneas de montaje automatizadas. Por ejemplo, una fábrica inteligente puede identificar posibles errores de producción desde un primer momento utilizando sensores integrados y conectados a las máquinas y decirle a un robot que intervenga antes de que se produzca un problema. Avances tecnológicos como estos impulsan la Cuarta Revolución Industrial, comúnmente denominada Industria 4.0.

El objetivo final de una fábrica inteligente es acelerar procesos y eliminar errores. Incluso con la automatización inteligente de las fábricas, las personas siguen desempeñando un papel vital. Los operadores de línea, por ejemplo, pueden realizar un seguimiento de los datos de producción desde dispositivos móviles y decidir cargar una máquina de manera diferente en función de los datos, lo que ayuda a mejorar el rendimiento de la máquina o de toda una línea de producción.

¿Cómo funcionan las fábricas inteligentes?

Las fábricas inteligentes recurren a una red de sensores y software para recopilar y compartir datos en cada paso del proceso de fabricación, lo que ayuda a los fabricantes a acelerar la producción y mejorar la calidad de los productos y el mantenimiento del sistema. Por ejemplo, en una fábrica, un contenedor de una línea de producción puede estar equipado con un sensor que activa una solicitud de reposición cuando las reservas escasean, lo que lleva a un robot a entregar nuevos suministros justo a tiempo para evitar retrasos. Además, las máquinas generan continuamente datos sobre su estado, lo permite prever las necesidades de mantenimiento y reducir las averías. Las máquinas conectadas de una fábrica inteligente también evitan defectos al detectar problemas con los materiales.

Estructura y niveles de la fábrica inteligente

Por lo general, las fábricas inteligentes evolucionan en los cuatro niveles o etapas siguientes. Hoy en día, la mayoría de las fábricas se encuentran en el nivel 1.

Beneficios de una fábrica inteligente

El mercado global de tecnología de fabricación inteligente, que abarca las ventas de sensores, robots, software de vanguardia y otros activos tecnológicos, crecerá de 254,24 mil millones de dólares en 2022 a 787,54 mil millones de dólares en 2030, estima Grand View Research. Los fabricantes están invirtiendo en esta tecnología porque buscan obtener los siguientes beneficios:

• Costes menores. Las fábricas inteligentes disminuyen los costes, principalmente al reducir el número de empleados, los errores humanos, los defectos de los productos y los residuos y alargar la vida útil de las máquinas mediante mantenimiento predictivo.
• Toma mejores decisiones más rápidamente. Los datos recopilados a partir de sensores y analizados a continuación en cada etapa del proceso de fabricación, incluso a lo largo de la cadena de suministro, ayudan a los ejecutivos, responsables y trabajadores de cada nivel a tomar decisiones más fundamentadas de forma más rápida. Los profesionales de la cadena de suministro, por ejemplo, podrían revisar la recomendación de una fábrica inteligente de pedir más materiales y, si están de acuerdo, decidir cuándo deben recibirse estos. O podrían revisar los datos disponibles y decidir cambiar el algoritmo que hace recomendaciones para que las sugerencias futuras estén más en línea con lo que el fabricante necesita.
• Impulsa la eficiencia. La eficiencia de la producción generalmente se refiere a la calidad y eficacia del trabajo que se realiza, no tanto a la cantidad producida (productividad). Como tal, las tecnologías de fábrica inteligente impulsan la eficiencia fundamentalmente al reducir procesos redundantes, automatizar tareas repetitivas, reducir el tiempo y el material desperdiciados, limitar el tiempo de inactividad y reponer los stocks en función de los déficits previstos.
• Haz más con menos personal. Aunque las personas siguen desempeñando un papel importante en las fábricas inteligentes, los procesos automatizados permiten a los fabricantes realizar más trabajo con menos empleados. Se trata de una consideración importante, ya que, en los Estados Unidos, alrededor de 2,1 millones de empleos de fabricación quedarán vacantes para 2030 por una variedad de razones demográficas, económicas y de otros tipos, según predice la National Association of Manufacturers.
• Reduce tu impacto medioambiental. Al utilizar los materiales de manera más eficiente con la ayuda de tecnologías inteligentes y conectadas, las fábricas inteligentes ayudan a los fabricantes a reducir la cantidad de residuos que terminan en los vertederos y, por lo tanto, su huella de carbono. Los fabricantes también pueden priorizar el uso de materiales y componentes sostenibles, rastreando el origen y el transporte de esos bienes mediante tecnologías de blockchain e identificación por radiofrecuencia (RFID).

Tecnologías de fábrica inteligente

En una encuesta realizada en 2023 por EY, el 97 % de los CEO del sector de la fabricación industrial encuestados afirmaron que proseguir sus proyectos de transformación digital y tecnológica constituye una prioridad a corto plazo. Estos proyectos a menudo implican las siguientes tecnologías.

• Sensores. Los sensores son dispositivos que los fabricantes colocan sobre o en el interior de las máquinas de las fábricas inteligentes para recopilar datos sobre una variedad de factores, como la temperatura, las vibraciones, la presión, el par, la distancia y los movimientos. Los sensores son el pilar del Internet industrial de las cosas.
• Internet industrial de las cosas (IIoT). Los supervisores y operadores de fabricación utilizan datos recopilados en máquinas y otros objetos conectados a Internet de la planta de fábrica para analizar el estado físico, el rendimiento y la producción de esos activos, así como los procesos de producción de los que forman parte. A continuación, pueden reparar las máquinas o realizar ajustes según sea necesario. Por ejemplo, sensores conectados al IIoT pueden alertar a los trabajadores sobre futuros problemas de mantenimiento detectando vibraciones inusuales o cambios de temperatura en una máquina. Con el mantenimiento predictivo, los fabricantes pueden evitar costosos tiempos de inactividad y daños en las máquinas interviniendo antes de que surja un problema. Una encuesta de 2022 realizada por IIoT World reveló que el 67 % de los fabricantes han implementado o están desarrollando una estrategia de IIoT.
• Informática en la nube. La informática en la nube es la base tecnológica de la mayoría de las fábricas inteligentes: abarca los datos, las aplicaciones y sus infraestructuras subyacentes. Los servicios en la nube ofrecen varias ventajas clave. Se pueden ampliar fácilmente según las necesidades del fabricante. Las nuevas funciones de las aplicaciones, así como el rendimiento y otras mejoras, se entregan automáticamente a través de Internet, sin lastrar a los equipos de TI de los fabricantes con actualizaciones costosas y laboriosas. Se puede acceder a los servicios en la nube desde cualquier lugar y, por lo general, ofrecen una seguridad sólida y copias de seguridad. Además, los fabricantes solo pagan por la capacidad de las aplicaciones e infraestructuras que necesitan y utilizan.
• Big data. En sus fábricas inteligentes, los fabricantes recopilan y analizan cantidades ingentes de datos (lo que se conoce como big data). Las aplicaciones de los sistemas ERP óptimos incluyen mantenimiento predictivo, detección de anomalías, controles de calidad, reducción de residuos, mejoras de procesos y previsiones de mercado. Por ejemplo, a la espera de un pico previsto en la demanda de un producto en particular, un fabricante podría dedicar más de sus líneas de montaje a ese producto o acumular un stock mayor del producto de lo que lo haría de otro modo.

Ejemplos de fábrica inteligente

Las fábricas inteligentes siguen siendo tan solo un sueño para la mayoría de los fabricantes, pero los pioneros en adoptarlas están mostrando el camino a seguir.

Tomemos a LG Electronics, cuyo Smart Park en Changwon, Corea del Sur, ha sido destacado como fábrica "faro" por el Foro Económico Mundial por su eficiencia de producción, su seguridad y su bajo impacto medioambiental. Dentro de la fábrica, que produce electrodomésticos, las piezas para neveras y otros electrodomésticos se entregan a las líneas de producción mediante un sistema de transportador aéreo o vehículos de guiado automático (AGV) gestionados a través de la red 5G de la instalación. Para cada línea hay un "almacén inteligente" que supervisa el inventario en tiempo real y solicita piezas y suministros adicionales según sea necesario. Un sistema de automatización logística 3D minimiza la cantidad de espacio de almacén necesario en un 30 % en comparación con los sistemas convencionales, apunta la compañía, al tiempo que reduce el tiempo que se tarda en transportar materiales en un 25 %. Los sensores situados sobre y en el interior de las máquinas identifican posibles problemas de fabricación y ordenan a los robots que los solucionen antes de que se sucedan. Los robots también realizan tareas peligrosas, como soldar y levantar equipos pesados, lo que hace que la fábrica sea más segura para los trabajadores. En 2022, LG dijo que planeaba utilizar estas y otras tecnologías de producción inteligente pioneras de su parque inteligente de Changwon en un total de 26 instalaciones de producción en 13 países.

Al comprar 50 MHz de ancho de banda, el fabricante de equipos agrícolas John Deere estableció su propia red 5G para sus fábricas del Medio Oeste de los Estados Unidos, con el fin de poder analizar los datos de sus líneas de producción para mejorar el ensamblaje. Planea equipar esas fábricas con robots que puedan trabajar codo con codo con los trabajadores. La compañía también está creando modelos 3D o gemelos digitales de sus máquinas de producción para supervisar su rendimiento, formar a los técnicos y ayudarles a reparar equipos. Estos modelos son accesibles en cualquier momento desde tabletas y teléfonos inteligentes.

En la fábrica Ford de Dearborn, Michigan, donde se produce la camioneta eléctrica F-150 Lightning, los trabajadores de la cadena de producción usan tabletas conectadas a la red 5G de la planta para acceder a datos sobre el suministro de materiales y el estado de los equipos. Vehículos colocados en AGV se desplazan de un grupo de trabajadores a otro. Mientras tanto, en su fábrica de vehículos eléctricos del Reino Unido, los sensores permiten a Ford capturar fotos del proceso de soldadura (los motores y baterías para vehículos eléctricos requieren miles de soldaduras), y un análisis basado en IA determina si una soldadura en particular cumple con los estándares. Si no lo hace, la soldadura se vuelve a realizar antes de que la pieza pase a la siguiente etapa de producción. Esta funcionalidad ahorra tiempo y reduce los residuos porque se reparan de forma rutinaria piezas que de otro modo podrían ser inutilizables.

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Preguntas frecuentes sobre las fábricas y la fabricación inteligentes

¿Cuál es la diferencia entre la fabricación inteligente y una fábrica inteligente?
La fabricación inteligente es un concepto amplio que alude al uso de tecnologías totalmente integradas para coordinar y mejorar los procesos físicos y digitales en las fábricas y en toda la cadena de suministro. Las fábricas inteligentes son la materialización de esa idea.

¿Qué tecnologías forman parte de una fábrica inteligente?
Las fábricas inteligentes utilizan el Internet industrial de las cosas, mediante el cual los fabricantes recopilan y analizan datos generados por innumerables activos de la cadena de suministro, las máquinas de fábrica y otros objetos para tomar mejores decisiones. Las fábricas inteligentes también utilizan IA, machine learning, robótica avanzada, impresión 3D, gemelos digitales y otras tecnologías.

¿Qué tipo de datos se deben rastrear en una fábrica inteligente?
Las fábricas inteligentes realizan un seguimiento de los datos de los activos que transitan por la cadena de suministro, las máquinas de fábrica, los procesos de producción y mucho más.