Industria 4.0 en la fabricación:el creciente poder de la automatización

En 1784 comenzó la primera revolución industrial con máquinas accionadas por agua y vapor. La segunda revolución llegó en 1870 con la producción masiva de acero y electricidad; el mundo también fue testigo de la invención de los aviones durante este período. En 1960, la tercera revolución industrial introdujo la electrónica, las computadoras y la automatización sofisticadas. Esta revolución se centró principalmente en la revolución digital en el proceso industrial. Hoy vivimos en un sistema ciberfísico que se centra en sincronizar el mundo real con el mundo virtual. Esto se conoce como la cuarta revolución, o Industria 4.0, un término acuñado oficialmente en 2015 por el Sr. Klaus Schwab, presidente ejecutivo del Foro Económico Mundial.

Industria 4.0 es la nueva revolución industrial para crear fábricas inteligentes impulsadas por la conexión en red de máquinas y procesos con plataformas inteligentes. Hay varios elementos de la revolución de la fabricación de la Industria 4.0, como análisis de datos, Internet de las cosas (IoT), robótica avanzada, realidad aumentada, fabricación aditiva, software de fábrica virtual y trazabilidad digital.

Este artículo analizará en profundidad la fabricación de la Industria 4.0, incluidos los procesos y las tecnologías que están sobresaliendo y lo que aún debe mejorarse.

Principales elementos tecnológicos de la fabricación de la Industria 4.0

A continuación, detallamos algunos de los principales elementos tecnológicos que componen los procesos de fabricación de la Industria 4.0 de hoy y echamos un vistazo a sus ventajas y limitaciones.

Fabricación aditiva

La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, utiliza un modelo CAD 3D para fabricar piezas capa por capa mediante la adición de materiales, a diferencia de las técnicas sustractivas convencionales. Hoy en día, la tecnología AM satisface las necesidades de diseño sofisticado de muchas industrias, como la automotriz, la fabricación, la aviación y la médica.

Durante los últimos veinte años, la tecnología AM ha evolucionado a través de diferentes fases. La estereolitografía fue la primera técnica patentada de creación rápida de prototipos desarrollada bajo AM en 1986. Después de eso, ha pasado por las siguientes sucesiones:

• 3DP (impresión tridimensional) – 1993
• Modelado por deposición fundida:1992
• Sinterización selectiva por láser:1989
• Fabricación de objetos laminados – 1988
• Conformación de redes con ingeniería láser:2000

Ventajas

A diferencia de los procesos sustractivos tradicionales, la tecnología AM puede ayudarlo a diseñar un prototipo funcional en un corto período de tiempo. El desperdicio de material se reduce significativamente, ya que la tecnología utiliza la materia prima requerida para la pieza y brinda la opción de reutilizar el material restante. Debido a que la pieza se fabrica utilizando un proceso y requiere poca configuración, ahorra tiempo y dinero en varios pasos de fabricación y ensamblaje.

Limitaciones

La fabricación aditiva aún se encuentra en la etapa beta. Existen limitaciones funcionales, como bajas velocidades, que no lo hacen adecuado para la producción en masa. Los prototipos creados con fabricación aditiva a menudo también necesitan retoques posteriores a la producción. Además, como la fabricación aditiva utiliza polvos líquidos y polímeros metálicos, los materiales carecen de la resistencia suficiente para fabricar piezas de gran tamaño.

Fábricas Virtuales

Las fábricas inteligentes de hoy en día emplean sistemas ciberfísicos y aprovechan en gran medida el poder de la tecnología de la información. En las fábricas inteligentes, el sistema facilita que las máquinas y otros recursos de fabricación se comuniquen, colaboren y trabajen en equipo con poca o ninguna interferencia humana. Sin embargo, la instalación de estos sistemas de fabricación es costosa y puede ser riesgosa de probar. En este sentido, el marco de la fábrica virtual proporciona el apoyo necesario para la toma de decisiones.

Ventajas

El marco de la fábrica virtual (VF) es un entorno de software de simulación 3D avanzado para evaluar el rendimiento de su fábrica inteligente bajo una demanda variable y condiciones de fábrica dinámicas. Puede usarlo para una sola pieza de equipo o para toda la fábrica. La tecnología VF es muy útil para predecir la variabilidad del proceso de un nuevo sistema de fabricación en ausencia de datos históricos.

Limitaciones

Para que el programa de simulación brinde resultados confiables, se le debe proporcionar una sinopsis precisa de las condiciones específicas de su instalación. Estas son personalizaciones que requieren mucha mano de obra y requieren expertos en la materia. Dado que la simulación se ejecuta en función de la entrada continua de datos en tiempo real, cualquier cambio de parámetro dentro del sistema de fabricación, las máquinas o los robots puede afectar la precisión del resultado.

Robots Industriales

Con la ayuda de tecnologías como la inteligencia artificial y el análisis de big data, los procesos de fabricación de la Industria 4.0 se basan en robots industriales para aumentar la velocidad de producción y reducir los costes de proceso.

Ventajas

A diferencia de sus ancestros tradicionales, los robots en la revolución de la fabricación de la industria 4.0 están diseñados para tener habilidades de autoconciencia, automantenimiento y autopredicción. Con sistemas sensoriales avanzados, estos robots de nueva generación interactúan con otros robots y trabajadores humanos para mejorar la calidad de fabricación. Utilizan tecnologías de sensores avanzadas para potenciar su percepción para diversas tareas manuales, como la detección automática de piezas, la recogida correcta de materiales y la manipulación segura del artículo.

Limitaciones

La incorporación de robots altamente sensibles y de bajo consumo energético es un desafío. Además, los robots en la fase industrial 4.0 aún no están maduros para reemplazar a los trabajadores experimentados en tareas complejas en las líneas de ensamblaje y los centros de distribución.

Industria 4.0 e instalaciones de procesamiento de metales

La industria de procesamiento de metales puede beneficiarse enormemente de la revolución de la industria 4.0 en términos de costos operativos reducidos, bajo desperdicio de material, entrega rápida y baja posibilidad de revisiones. Los fabricantes pueden obtener beneficios en cada etapa del proceso de fabricación.

Las máquinas CNC inteligentes pueden crear modelos predictivos utilizando datos históricos para protegerse contra posibles puntos de falla. El efecto combinado de los sensores de IoT y los medidores inteligentes puede ayudar a las máquinas grandes a administrar de manera efectiva el flujo de energía durante las horas de inactividad. La retroalimentación del proceso en tiempo real de las máquinas sería una opción ideal para que los operadores eliminen cualquier error potencial durante su etapa alfa.

La automatización puede aumentar la velocidad de producción y reducir los errores humanos, pero ciertos elementos aún estarían fuera de su alcance. Uno de esos elementos es la adquisición del material adecuado para el proyecto. Una máquina CNC inteligente automatizada no sirve de nada si la pieza de trabajo es de mala calidad.

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