Mesa Redonda Ejecutiva: Avanzando la Industria 4.0 con Sensores Inteligentes e IIoT

Las industrias manufactureras están experimentando una transformación digital en todo el mundo, impulsada por la pandemia de COVID-19, que está acelerando la adopción de la Industria 4.0. Este cambio hacia lo digital está impulsando avances en sensores inteligentes que no solo capturan datos de detección, sino que también interpretan esos datos en insights accionables para una variedad de aplicaciones en el espacio del Internet Industrial de las Cosas (IIoT).

Se espera que el mercado de sensores inteligentes crezca a una CAGR del 19% durante el período de pronóstico (2021-2026), según Market Research Future. ¿Qué está impulsando la demanda creciente de sensores inteligentes y qué industrias verán la mayor demanda de tecnología de sensores en los próximos años? Tech Briefs planteó preguntas a cuatro expertos de la industria para obtener sus puntos de vista sobre el futuro de los sensores inteligentes y el IIoT.

Nuestros participantes de la mesa redonda incluyen a Dean Bartles, Director Ejecutivo y Presidente, Manufacturing Technology Deployment Group , Jeffrey Case, Director de Ingeniería de Diseño y NPD, PCB Piezotronics, Inc. , Brad Walters, Fundador y CEO, Monnit , Aric Prost, Director Global Senior, OEM, Stratus Technologies .

Tech Briefs: El uso de sensores "inteligentes" es cada vez más prevalente a medida que el IIoT y la Industria 4.0 son más comunes en la fabricación. ¿Cómo se usan los sensores inteligentes para mejorar la fabricación?

Dean Bartles: Un gran ejemplo de cómo se usan los sensores inteligentes para mejorar la fabricación es un programa que mi empresa tiene con el Departamento de Defensa para establecer una cadena de suministro de fabricación aditiva prototipo. Hay un gran deseo de adoptar piezas fabricadas aditivamente en metal en los mercados aeroespacial y de defensa. Las ventajas incluyen complejidad de diseño, velocidad de producción, aligeramiento, etc. Sin embargo, la variabilidad que se encuentra actualmente en piezas de metal producidas aditivamente de máquina a máquina e incluso de pieza a pieza sigue siendo un impedimento importante para la adopción. Usando sensores y un dispositivo IoT de borde, estamos recopilando datos de proceso en tiempo real durante el proceso de impresión, como energía láser, velocidad de escaneo, espaciado de tramado, humedad de la cámara, etc., y luego proporcionamos estos datos al cliente junto con las piezas producidas. El cliente puede entonces interrogar el archivo de datos para asegurar que todos los parámetros se mantuvieron dentro de un rango especificado durante todo el proceso de construcción, proporcionando así un mayor nivel de confianza en la integridad de las piezas.

Jeffrey Case: Los sensores inteligentes se están desplegando en instalaciones de fabricación en todas las industrias para recopilar información crítica que, con el análisis correcto, puede crear soluciones que reduzcan o eliminen el tiempo de inactividad no planificado (costes de reemplazo de piezas, mano de obra y costes de oportunidad perdida); aumenten la seguridad sustituyendo sensores montados permanentemente por mediciones que requieren intervención humana; y mejoren la productividad a través de control de retroalimentación preciso y monitorización de variaciones en el proceso de producción, asegurando estabilidad de fabricación.

Brad Walters: Impulsar una mayor eficiencia es un beneficio principal de integrar una plataforma de sensores inteligentes en entornos de fabricación. Los sensores inteligentes crean fábricas más inteligentes donde puedes monitorizar, controlar y mejorar virtualmente todos los aspectos de las operaciones con insights basados en datos en tiempo real; predecir el mantenimiento de equipos y activar rápidamente protocolos antes de fallo o mal funcionamiento; automatizar el registro de datos para análisis de tendencias simplificado, mantenimiento de registros y cumplimiento normativo; y ser alertado de problemas ambientales y de equipos. Sensores que conectan personas, máquinas, equipos e inventario a las capacidades empoderadoras del IIoT permiten a los fabricantes producir con mayor transparencia, eficiencia y calidad general.

Aric Prost: La considerable disminución en el coste de sensores y transmisores junto con mejoras en tecnología inalámbrica han hecho factible para OEMs, constructores de máquinas y equipos de operaciones instalar sensores y recopilar datos previamente inaccesibles. Este es el borde industrial donde se generan datos, y la capacidad de medir más variables de proceso con mayor precisión otorga mejor insight y alcanza la promesa del IIoT e Industria 4.0. La oportunidad es un salto adelante en monitorización y control para impulsar resultados deseados como productos de mayor calidad, menos tiempo de inactividad o mejora de rendimiento.

Tech Briefs: La fusión de datos de sensores proporciona la capacidad de combinar diferentes tecnologías de sensores en una aplicación. ¿Cuáles son los desafíos que enfrentan los fabricantes en la gestión —y uso efectivo— del volumen aumentado de datos recopilados?

Dean Bartles: La proliferación de sensores en la fabricación es crítica para aprovechar plenamente la eficiencia que promete la Industria 4.0. Sin embargo, a medida que la tecnología de sensores se vuelve ubicua en talleres de fabricación en todas partes, la capacidad de hacer uso óptimo de los datos generados puede verse severamente limitada a menos que los datos de los diversos sensores puedan armonizarse en un formato de lenguaje común. Los estándares serán la clave para hacer posible tal armonización. Uno de esos estándares que ya se ha adoptado ampliamente es MTConnect. Con datos uniformes, desarrolladores e integradores pueden centrarse en aplicaciones de fabricación útiles y productivas en lugar de traducción, lo cual será clave para la fusión exitosa de datos de sensores en el futuro.

Jeffrey Case: Los desafíos para la fusión de sensores incluyen sincronizar los diferentes tipos de sensores y sistemas de sensores, especialmente cuando hay dependencia temporal, y asegurar redes de comunicación compatibles. Además, la computación perimetral (edge computing) se está volviendo cada vez más crítica a nivel de sensor para minimizar la cantidad de datos recopilados y analizados, afectando tanto los requisitos de potencia de procesamiento como de almacenamiento de datos.

Brad Walters: La fusión de datos de sensores es un beneficio clave del IIoT porque las decisiones tomadas desde múltiples puntos de datos son decisiones de mayor valor. Pero puede ser un desafío cuando los fabricantes obtienen diferentes sistemas de sensores de varios proveedores y agregan todos los datos ellos mismos. Se puede gestionar eficazmente el volumen de datos teniendo una única plataforma de sensores que incorpore tipos de sensores combinados con agregación de datos, filtrado, algoritmos de fusión y desduplicación de datos redundantes en el borde. El reductor de volumen de datos más valioso que puedes tener es el procesamiento y filtrado perimetral a través de una pasarela a nivel de sensor. Es ideal que los sensores informen inmediatamente eventos y violaciones de umbral cuando detectan condiciones preconfiguradas, en lugar de reportar constantemente datos triviales a intervalos frecuentes. De esta manera, un sistema de sensores con una pasarela perimetral puede fusionar rápidamente datos relevantes de todos los tipos de sensores y usar un conjunto robusto de APIs para mezclar y combinar simultáneamente datos de otros sistemas analíticos.

Aric Prost: Los fabricantes enfrentan algunos desafíos debido al volumen de datos de borde que se crean. Primero, los datos en una planta o instalación típica provienen de sensores fabricados por múltiples proveedores que usan diferentes protocolos de comunicación. Esos datos deben recopilarse e integrarse. Segundo, las ubicaciones de borde —incluso la planta de fabricación— enfrentan problemas de ancho de banda y latencia cuando se transmiten a la sala de control, y mucho menos a la nube. La capacidad de analizar estos datos de borde y traducirlos en insight depende de su disponibilidad y fiabilidad. Analíticas predictivas o aplicaciones de IA dependen de estos conjuntos de datos completos. Cualquier brecha en la comunicación de datos o tiempo de inactividad del equipo puede interrumpir esos modelos avanzados. Para abordar estos desafíos, incluida la fusión de datos de sensores, las organizaciones despliegan computación perimetral para recopilar información cerca del equipo, proporcionar procesamiento e historización para evitar tiempo de inactividad y pérdida de datos.

Tech Briefs: Si las instalaciones utilizan múltiples sensores y sistemas conectados, ¿cómo aseguran que estén debidamente asegurados para proteger contra accesos externos no deseados?

Dean Bartles: La forma más segura de proteger contra accesos externos no deseados es "aislar" todo. En otras palabras, evitar el uso de sensores Wi-Fi y en su lugar desplegar sensores cableados y dispositivos IoT de borde cableados y que todos los datos pasen a través de un dispositivo de ciberseguridad que tanto cifra como tokeniza todo lo que sale de la instalación. A medida que los OEMs continúan impulsando "transparencia" en las operaciones de fabricación de sus proveedores, las soluciones tecnológicas serán primordiales.

Jeffrey Case: Aunque no hay bala de plata en ciberseguridad industrial, la segmentación de red es una piedra angular para proteger redes privadas de vulnerabilidades potenciales. Los sistemas de sensores deben configurarse en una red aislada de los sistemas internos, y el acceso a las redes de sistemas de sensores debe limitarse al mínimo requerido. Animamos a todos nuestros clientes IIoT a seguir las mejores prácticas de ciberseguridad en sus redes internas de sistemas de sensores y/o nuestros sistemas de sensores, aprovechando tecnologías estándar de la industria.

Brad Walters: La seguridad debe mantenerse en todos los puntos de comunicación entre sensor, pasarela, red, controlador de red y la nube. Una iniciativa robusta de gobernanza de seguridad de dispositivos y datos IoT para hacer cumplir políticas puede ayudar a proteger la red de sensores y datos de una empresa. Tampoco puedes poner todas tus salvaguardas en fortalezas como firewalls pero dejar el sensor de temperatura en el acuario del vestíbulo vulnerable. Si usas un sistema de gestión de sensores, limitas los puntos de entrada externos. Independientemente, cada sistema necesita ser verificado para seguridad individualmente, luego como un sistema completo.

Aric Prost: La ciberseguridad está en el centro de la tecnología operativa, y la noción de activos aislados es cada vez menos realista a medida que más equipos se conectan. Al desplegar plataformas de computación perimetral con virtualización integrada, los equipos de OT y TI tienen los medios para ejecutar software de ciberseguridad cerca de equipos críticos junto con otras aplicaciones de software industrial. En esta instancia, la plataforma de computación perimetral que ejecuta software de seguridad se sitúa entre los sensores o PLCs y el resto de la red.

Tech Briefs: ¿En qué industrias esperan ver la mayor demanda de tecnología de sensores en los próximos cinco años?

Dean Bartles: Ya se ha progresado significativamente en grandes corporaciones en aeroespacial, defensa, automoción, alimentación, médica, procesamiento químico, etc. Así que no creo que la pregunta deba ser "qué industrias" sino "quién" dentro de las diversas industrias donde veremos la mayor demanda. Claramente, los fabricantes pequeños y medianos ("PYMEs") tienen más que ganar adoptando tecnología de sensores en sus operaciones de fabricación. Una encuesta reciente realizada por el Manufacturing Leadership Council de la National Association of Manufacturers clasificó "Llevar la visibilidad, transparencia y predictibilidad de la cadena de suministro de extremo a extremo al siguiente nivel" como la segunda cosa más importante para 2022. Para proporcionar a los OEMs la transparencia, visibilidad y predictibilidad en su cadena de suministro que desean, las PYMEs necesitarán desplegar tecnología de sensores mucho mayor de lo que tienen hasta la fecha.

Jeffrey Case: A medida que los sensores se vuelven más mainstream con mejoras en tecnología de detección, computación perimetral, inteligencia artificial y la proliferación de redes de comunicación Industrial 4.0, la mayor demanda de tecnología de sensores será en todas las operaciones de fabricación en casi todos los mercados/industrias. Tanto aplicaciones de mantenimiento preventivo como de automatización de procesos están impulsando esta demanda sin precedentes en fabricación industrial. Una amplia variedad de tecnologías de detección se están desplegando en el mercado de automatización de procesos para facilitar un control más estricto en procesos de fabricación. Aunque los sensores se han desplegado tradicionalmente en estas aplicaciones, la Industria 4.0 está proporcionando sensores conectados a internet que pueden recopilar, transferir y mostrar datos a través de autopistas digitales establecidas con mínima intervención humana. Esta infraestructura puede satisfacer fácilmente el ROI de una empresa y impulsará significativamente las ventas de sensores en los próximos cinco años y más allá.

Brad Walters: Es fácil ver que el mantenimiento predictivo, la monitorización y control remoto, y los sistemas autónomos en prácticamente todas las industrias seguirán dependiendo fuertemente de avances en tecnología de sensores inteligentes. Por ejemplo, innovadores en petróleo y gas, agricultura, energía y producción de energía, química y minería, y transporte se apoyan en las capacidades de largo alcance de sensores inalámbricos que ofrecen largo alcance, bajo consumo y larga vida de batería. A medida que fabricantes, salud y ciudades inteligentes buscan ser más eficientes, soluciones de detección que aceleren la funcionalidad 4G LTE y 5G, eliminen interferencia de frecuencia y permitan computación perimetral multi-acceso serán altamente valiosas. Las industrias que integren efectivamente sensores inteligentes ayudarán a impulsar la evolución del IIoT hacia la próxima revolución industrial.

Aric Prost: Vemos la mayor demanda de tecnología de sensores viniendo no de industrias específicas sino de casos de uso específicos dentro de industrias donde los activos y procesos son remotos o inaccesibles, críticos para medir, de alta velocidad, y donde la seguridad es un factor significativo. La tecnología de sensores será esencial para escalar la automatización y gestión remota en estos casos. Hay una gama de ejemplos que cruzan incluyendo Fabricación Discreta —máquinas de empaque complejas, robótica, fabricación de metales; Agua y Aguas Residuales —estaciones de bombeo remotas y sin personal, caudalímetros; Generación de Energía —arrays solares, parques eólicos y subestaciones; Petróleo y Gas —estaciones de bombeo, estaciones de medición de flujo, plataformas de producción, y muchos otros. Para estos activos y casos de uso, la abundancia de tecnología de sensores y conectividad limitada requiere un "cerebro" in situ para procesar y almacenar datos, asegurar disponibilidad de uptime, ejecutar agentes de ciberseguridad, y potencialmente proporcionar monitorización y control sin intervención humana. Las plataformas de computación perimetral proporcionan estas capacidades y thereby los medios para aprovechar datos de sensores para realizar capacidades de Industria 4.0.

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