Industria 4.0 y el taller pequeño: dándole nueva forma a la manufactura de metal

Un dispositivo de rastreo muestra exactamente donde está un trabajo en la planta de producción. Fotos cortesía de TRUMPF In

Industria 4.0. Vemos el término por todos lados, en medios, conferencias, expos dirigidas a los consumidores. Se escucha sobre la cuarta revolución industrial, sobre la manufactura que entra en una nueva era. Todo suena grandioso y glorioso, pero ¿qué significa todo eso en realidad?

Para empezar, imagine un taller de chapa metálica—no una operación grande, sino una, digamos, con algunas docenas de empleados. Al principio se ve bastante normal, pero luego se notan algunas peculiaridades. Cada carro que transporta un trabajo en la planta de producción tiene un pequeño dispositivo PUCK (disco) que parece estarse comunicando con software del taller; un monitor grande elevado muestra un mapa de la planta de producción que revela exactamente donde se encuentra cada trabajo.

Luego está la oficina. Hay gente estudiando modelos 3D que los clientes cargaron a un sistema de cotizaciones basado en web. Resulta que la mayoría de las personas está viendo las excepciones que necesitan atención especial; las órdenes típicas fluyen directo a la programación y al anidado con poca o nula intervención humana.

Las máquinas, equipadas con sensores y tecnología predictiva altamente capaz, rara vez fallan. El conectar en sitio sensores y software a análisis de datos basado en nube hace el mantenimiento predictivo aún más inteligente.

Si usted permanece un poco más en la planta de producción y en la oficina, se dará cuenta de algo profundo: las personas manejan el proceso general—es decir, la ruta que siguen los trabajos desde la cotización hasta el embarque—mientras que Industria 4.0 maneja los detalles detrás, lo que hace a las operaciones individuales (cotización, corte, doblado, etc.) lo más confiables y lo más productivas posible. Este hecho tiene implicaciones de largo alcance, y, en última instancia, dará nueva forma a todo el negocio de la manufactura de chapa metálica, que incluye la vida en los talleres pequeños, los cuales, colectivamente, representan la mayoría de las operaciones de manufactura de chapa metálica en Norteamérica.

Por supuesto, Industria 4.0 no ocurre súbitamente. Pocos, en caso de que los haya, hacen todas sus inversiones de fábrica inteligente simultáneamente. Todas las compañías, incluyendo las más pequeñas con recursos limitados, afrontan la odisea paso a paso.

La efectividad global del equipo y la disponibilidad de máquina

Muchos talleres toman datos de la efectividad global del equipo (OEE, por sus siglas en inglés) y cálculos de la utilización de máquina. Con frecuencia éste es el primer paso de un taller hacia Industria 4.0, y es factible incluso para equipo más antiguo con un sencillo amperímetro capaz de conectarse en línea, que puede evaluar el estado de una máquina.

El uso de software para analizar dichos datos brinda transparencia operacional y da una vista holística del desempeño global. Mediante teléfonos inteligentes y otros dispositivos móviles, los gerentes de planta son capaces de acceder a esta información desde cualquier parte del mundo. Incluso pueden recibir notificaciones automáticas (push) en casos específicos definibles. Y en todos los casos, dicha transparencia ayuda especialmente en situaciones no planeadas que requieren tiempos cortos de reacción.

Sistemas de ejecución de manufactura

El taller pequeño está bien organizado. Los gerentes y los dueños, altamente comprometidos con su negocio y con sus empleados, encuentran soluciones creativas a los problemas. A veces sus recursos son escasos; les gustaría agrandar el negocio pero no pueden encontrar los trabajadores que necesitan. En comparación con las compañías más grandes, los talleres pequeños manejan más partes con variación y complejidad muy altas, y deben ser rápidos y flexibles en cuanto a la entrega de órdenes.

Los talleres típicos de chapa metálica gastan sólo alrededor del 20% de todo su esfuerzo en procesos directos como operación de máquinas. El 80% restante implica procesos indirectos como cotización, programación, transporte de partes, y administración de capacidad. Estos procesos indirectos con frecuencia son el cuello de botella, no las máquinas en sí. Las posibilidades que Industria 4.0 ofrece aquí, pueden tener un impacto positivo inmediato.

Los monitores de la máquina rastrean el tiempo productivo y el buen estado del equipo. 

Un sistema de ejecución de manufactura (MES, por sus siglas en inglés) dirige órdenes y programas en la prioridad y cantidad correctas directamente al control de máquinas. Esto reduce significativamente el trabajo indirecto que hacen los operadores, como confirmar órdenes, y en lugar de esto, se vuelven administradores de procesos. Con un sistema MES dirigiendo órdenes a equipo totalmente conectado y administrando todos los procesos indirectos, los gerentes de procesos pueden concentrarse en optimizar toda la fábrica (o fábricas) en tiempo real.

Entre operaciones

Por décadas, los talleres de chapa metálica han lidiado con un cuello de botella de intralogística. Es decir, no saben exactamente dónde están órdenes específicas dentro de las instalaciones, y los empleados dedican demasiado tiempo en buscarlas. Para talleres pequeños, los operadores pueden hacer la búsqueda ellos mismos, a veces incluso dejando la máquina ociosa mientras recolectan el material que necesitan. En algunos casos, los operadores gastan la mitad de su tiempo sólo en manejo de material.

Ahora imagine un sistema de rastreo interior con dispositivos de detección de ubicación que viajan con el trabajo. Mejor aún, imagine esos trabajos yendo de una máquina a otra, de un departamento a otro, en vehículos guiados automatizados (AGV, por sus siglas en inglés).

Esta integración total—el sistema MES mandando datos de producción a la planta, la automatización produciendo y transportando partes, y los operadores monitoreando el proceso de principio a fin—es la visión completa de Industria 4.0. La visión conlleva monitoreo de órdenes y procesos de compras con cálculos automatizados de costos; planeación y optimización de todo el proceso de producción; y optimización del flujo de material y del manejo de inventario. Las posibilidades y las ventajas potenciales son casi infinitas.

Mantenimiento poderoso

Industria 4.0 hace el mantenimiento predictivo más efectivo que nunca, aumentando el tiempo medio entre fallas y reduciendo el tiempo medio para la reparación. Equipadas con varios sensores, algunas máquinas más nuevas pueden controlar, monitorear y analizar su propia condición y enviar mensajes para notificar al personal cuando no estén operando de manera óptima.

Estas máquinas alimentan datos de condiciones a amplias bases de datos que usan inteligencia artificial (IA), la cual compara los datos actuales con otras situaciones conocidas, y pueden reconocer casi todas las condiciones de la máquina—por ejemplo, “El filtro 123 debe cambiarse en las siguientes 100 horas de operación”.

¿Qué pasa si los sensores detectan desgaste de partes? Aquí, el software inteligente puede manejar inventario de partes de repuesto de manera totalmente autónoma y en segundo plano. Un algoritmo calcula el desgaste real, considera los requerimientos para trabajos próximos, luego ordena automáticamente partes de repuesto. La parte llega a tiempo, y un técnico la instala como parte de un mantenimiento programado regular—no hay tiempo improductivo no planeado, ni sorpresas.

El acto de dar mantenimiento y reparar va a evolucionar también. Usando nuevas tecnologías de comunicación como lentes inteligentes, el operador de la máquina puede conectarse por voz e imagen con el experto técnico del fabricante de la máquina. El experto ve lo que ve el operador; puede enviar instrucciones y, usando realidad aumentada, puede marcar y explicar un objeto directamente en la visión directa de los lentes del operador.

El taller en red

Los canales de ventas y distribución para los talleres de chapa metálica también están evolucionando. Considere el taller en red, donde ocurren intercambios de archivos y datos casi instantáneamente entre el taller y clientes locales, regionales, nacionales e incluso internacionales. Todos estos datos se conectan directamente con el MES local, el cual puede optimizar el flujo de producción para que el taller pueda tomar decisiones basadas en datos, y comprometerse a lo que es posible.

Mediante una interfaz de red en línea, los clientes se conectan en línea y ven el estado de producción de su orden de trabajo en tiempo real. Ven los pasos concluidos del proceso y los pasos requeridos restantes para concluir la orden.

Un técnico ofrece asistencia remota al empleado de una planta de producción que usa lentes inteligentes. El técnico remoto ve lo que ve el operador.

Industria 4.0 abrirá paso a nuevas maneras para que las compañías pequeñas comercialicen sus servicios y productos. Los clientes recibirán realimentación en tiempo real sobre el estado actual de producción, retrasos potenciales y esfuerzos de reprogramación—todo manejado por software. Será similar a los servicios de envíos que brindan actualizaciones en tiempo real sobre la ubicación de paquetes, entrega y retardos potenciales en la cadena del proceso. Todo esto se ejecutará automáticamente mediante algoritmos avanzados y sistemas y máquinas interconectados.

La nube y la seguridad

Para una salida y eficiencia máximas, los talleres de chapa metálica permiten a un servidor basado en nube tomar y almacenar algunos datos. Considere el potencial de los servicios de programación basados en nube. Pueden cargarse partes en segundos. Gracias a plataformas de cómputo basadas en red sumamente ponderosas, el taller de chapa metálica recibe el programa correcto para una máquina específica. Esto puede ser una enorme ventaja cuando no se cuenta con un programador en el taller.

Aun cuando todo esto es benéfico, especialmente para talleres pequeños, las operaciones grandes y pequeñas también necesitan considerar la seguridad de IT. Los fabricantes que comparten datos, con frecuencia las joyas de la corona de sus compañías, necesitan hacerlo con un socio confiable hospedado e integrado localmente. Esto debe involucrar la cooperación confiable entre el taller de chapa metálica, el fabricante de la máquina herramienta, y a veces una compañía de datos que sería una tercera parte.

El impacto de la IA

Compare dos cocineros, un “cocinero IA” y el otro un cocinero humano. El cocinero humano prepara alimentos con ingredientes que saben bien con base en su conocimiento. El cocinero IA intenta toda combinación posible usando diferentes ingredientes y sólo servirá alimentos de sabor estupendo.

La IA ejecuta tareas independientemente y encuentra correlaciones en los datos que ningún humano podría encontrar con observación manual, especialmente en situaciones complejas. La IA asegura una operación rápida y confiable de sistemas automatizados complejos, como por ejemplo un sistema automatizado de corte láser que puede analizar cómo puede remover partes cortadas de la manera más rápida y más confiable posible.

La IA además puede diagnosticar problemas con una complejidad extraordinaria de manera mucho más efectiva que lo que sería capaz de hacer un humano solo. Siempre que la IA detecta una anormalidad en una condición entrenada, ofrece la mejor solución a partir de una base de conocimiento que crece con cada diagnóstico que hace.

La maquinaria

Industria 4.0 no podría ocurrir sin software ni una estructura de IT. Sin embargo, el hardware real, las máquinas de fabricación en sí, siguen siendo fundamentales para el negocio de la chapa metálica. Esto incluye la automatización.

Considerando el reducido mercado de la mano de obra, incluso los talleres pequeños de chapa metálica están descubriendo que no tienen otra opción que automatizar. Y ahora los talleres grandes y pequeños tienen más opciones de automatización que nunca: máquinas de corte con carga/descarga confiables, máquinas autónomas de doblado con robots, soldadura láser eficiente, AGVs en lugar de montacargas, todo conectado a un sistema de almacenamiento, y todo controlado y optimizado con un MES. Todo esto en conjunto crea una fuerza de manufactura verdaderamente autónoma, y para aprovecharla, un fabricante necesita la combinación perfecta de software, hardware y servicios.

No sólo una expresión en boga

Muchos piensan que Industria 4.0 es sólo una expresión en boga que no tiene relevancia real para la planta de producción en nuestra vida diaria. Sin embargo, vemos elementos de Industria 4.0 a diario. Si usted tiene un teléfono inteligente, es muy probable que haya usado una app basada en IA u otro aspecto de Industria 4.0. Sin embargo, rara vez pensamos en las implicaciones de Industria 4.0 holísticamente y cómo le está dando nueva forma a los negocios como los conocemos.

Industria 4.0 marca un hito donde los datos reales de máquina ayudan a los empleados a manejar la producción. En su estado más reciente, los algoritmos generados por IA y aprendizaje de máquina usarán los datos de máquina para tomar decisiones y optimizar los flujos de valor de la producción—todo por su cuenta. Esto llevará a ciclos de innovación más cortos, tamaños de lote más pequeños, más variaciones de productos y menores tiempos de entrega.

Cuando los talleres se conectan, pueden acceder a información rápidamente y actuar en consecuencia. En este sentido, Industria 4.0 democratiza la industria. Por ejemplo, conectado a la nube, incluso el taller más pequeño no necesita invertir en mucha infraestructura IT para aprovechar la poderosa IA, ya sea para mantenimiento predictivo, cotizaciones y procesamiento de órdenes, o cualquier otra cosa.

Sin embargo, repito, pocas operaciones si no es que ninguna, aprovechan el potencial de Industria 4.0 de un solo golpe. Van paso a paso, y dar el primer paso es absolutamente crítico. La fábrica autónoma es realmente el estado futuro del taller de chapa metálica en Norteamérica.