La Cuarta Revolución Industrial (o Industria 4.0 ) es la automatización continua de las prácticas industriales y de fabricación tradicionales, utilizando tecnología inteligente moderna. La comunicación de máquina a máquina a gran escala (M2M) y el Internet de las cosas (IoT) están integrados para una mayor automatización, una mejor comunicación y autocontrol, y la producción de máquinas inteligentes que pueden analizar y diagnosticar problemas sin la necesidad de intervención humana. . [1]
Historia
La frase Cuarta Revolución Industrial fue introducida por primera vez por un equipo de científicos que desarrollaba una estrategia de alta tecnología para el gobierno alemán. [2] Klaus Schwab , presidente ejecutivo del Foro Económico Mundial (WEF), presentó la frase a una audiencia más amplia en un artículo de 2015 publicado por Foreign Affairs . [3] "Dominar la Cuarta Revolución Industrial" fue el tema de 2016 de la Reunión Anual del Foro Económico Mundial , en Davos-Klosters, Suiza. [4]
El 10 de octubre de 2016, el Foro anunció la apertura de su Centro para la Cuarta Revolución Industrial en San Francisco. [5] Este también fue tema y título del libro de Schwab de 2016. [6] Schwab incluye en esta cuarta era tecnologías que combinan hardware, software y biología ( sistemas ciberfísicos ), [7] y enfatiza los avances en comunicación y conectividad. Schwab espera que esta era esté marcada por avances en tecnologías emergentes en campos como robótica , inteligencia artificial , nanotecnología , computación cuántica , biotecnología , internet de las cosas , internet industrial de las cosas , consenso descentralizado , tecnologías inalámbricas de quinta generación , impresión 3D. y vehículos totalmente autónomos . [8]
En La Gran Restablecer propuesta por el WEF, La Cuarta Revolución Industrial se incluye como una inteligencia estratégica en la solución para reconstruir la economía sostenible siguiendo el COVID-19 pandemia . [9]
Primera revolución industrial
La Primera Revolución Industrial estuvo marcada por una transición de los métodos de producción manual a las máquinas mediante el uso de la energía del vapor y la energía del agua. La implementación de las nuevas tecnologías tomó mucho tiempo, por lo que el período al que se refiere es entre 1760 y 1820, o 1840 en Europa y Estados Unidos. Sus efectos tuvieron consecuencias en la manufactura textil, que fue la primera en adoptar tales cambios, así como en la industria del hierro, la agricultura y la minería, aunque también tuvo efectos sociales con una clase media cada vez más fuerte . También tuvo un efecto en la industria británica en ese momento. [10]
Segunda revolución industrial
La Segunda Revolución Industrial , también conocida como Revolución Tecnológica, es el período comprendido entre 1871 y 1914 que resultó de la instalación de extensas redes ferroviarias y telegráficas, que permitieron una transferencia más rápida de personas e ideas, así como de electricidad. El aumento de la electrificación permitió que las fábricas desarrollaran la línea de producción moderna. Fue un período de gran crecimiento económico, con un aumento de la productividad, lo que también provocó un repunte del desempleo ya que muchos trabajadores de las fábricas fueron reemplazados por máquinas. [11]
Tercera revolución industrial
La Tercera Revolución Industrial, también conocida como Revolución Digital , ocurrió a fines del siglo XX, luego del final de las dos guerras mundiales, como resultado de una desaceleración de la industrialización y el avance tecnológico en comparación con períodos anteriores. La producción de la computadora Z1 , que usaba números binarios de punto flotante y lógica booleana , una década más tarde, fue el comienzo de desarrollos digitales más avanzados. El siguiente desarrollo significativo en las tecnologías de la comunicación fue la supercomputadora , con un uso extensivo de las tecnologías informáticas y de la comunicación en el proceso de producción; La maquinaria comenzó a abrogar la necesidad de poder humano. [12]
Estrategia alemana Industrie 4.0
El término "Industrie 4.0", abreviado a I4.0 o simplemente I4, se originó en 2011 a partir de un proyecto en la estrategia de alta tecnología del gobierno alemán , que promueve la informatización de la fabricación. [13] El término "Industrie 4.0" se introdujo públicamente en el mismo año en la Feria de Hannover . [14] En octubre de 2012, el Grupo de Trabajo sobre Industria 4.0 presentó un conjunto de recomendaciones de implementación de Industria 4.0 al gobierno federal alemán. Los miembros y socios del grupo de trabajo son reconocidos como los padres fundadores y la fuerza impulsora de la Industria 4.0. El 8 de abril de 2013 en la Feria de Hannover se presentó el informe final del Grupo de Trabajo Industria 4.0. Este grupo de trabajo estuvo encabezado por Siegfried Dais, de Robert Bosch GmbH , y Henning Kagermann, de la Academia Alemana de Ciencias e Ingeniería . [15]
Dado que las empresas han aplicado los principios de la Industria 4.0, a veces se les ha cambiado el nombre. Por ejemplo, el fabricante de piezas aeroespaciales Meggitt PLC ha calificado su propio proyecto de investigación Industry 4.0 M4. [dieciséis]
La discusión de cómo el cambio a la Industria 4.0, especialmente la digitalización , afectará el mercado laboral se está discutiendo en Alemania bajo el tema Trabajo 4.0 . [17]
Las características de la estrategia Industria 4.0 del gobierno alemán implican la fuerte personalización de los productos en condiciones de producción (en masa) altamente flexible. [18] La tecnología de automatización requerida se mejora mediante la introducción de métodos de autooptimización, autoconfiguración, [19] autodiagnóstico, cognición y apoyo inteligente de los trabajadores en su trabajo cada vez más complejo. [20] El proyecto más grande en Industria 4.0 en julio de 2013 es el grupo de vanguardia del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) alemán "Sistemas técnicos inteligentes Ostwestfalen-Lippe (su OWL)". Otro proyecto importante es el proyecto RES-COM del BMBF, [21] así como el Clúster de Excelencia "Tecnología de producción integradora para países con salarios altos". [22] En 2015, la Comisión Europea puso en marcha el proyecto de investigación internacional Horizonte 2020 CREMA (Proporcionar fabricación rápida elástica basada en la nube basada en el modelo XaaS y la nube) como una iniciativa importante para fomentar el tema de la Industria 4.0. [23]
Principios y objetivos de diseño
Hay cuatro principios de diseño identificados como parte integral de la Industria 4.0: [24]
- Interconexión: la capacidad de las máquinas, los dispositivos, los sensores y las personas para conectarse y comunicarse entre sí a través de Internet de las cosas o Internet de las personas (IoP) [25].
- Transparencia de la información: la transparencia que ofrece la tecnología de la Industria 4.0 proporciona a los operadores información completa para tomar decisiones. La interconectividad permite a los operadores recopilar inmensas cantidades de datos e información de todos los puntos del proceso de fabricación, identificar áreas clave que pueden beneficiarse de la mejora para aumentar la funcionalidad [25]
- Asistencia técnica: la facilidad tecnológica de los sistemas para ayudar a los seres humanos en la toma de decisiones y la resolución de problemas, y la capacidad de ayudar a los seres humanos con tareas difíciles o inseguras [26].
- Decisiones descentralizadas: la capacidad de los sistemas ciberfísicos para tomar decisiones por sí mismos y realizar sus tareas de la manera más autónoma posible. Solo en el caso de excepciones, interferencias o objetivos en conflicto, las tareas se delegan a un nivel superior [27]
Componentes
La Cuarta Revolución Industrial consta de muchos componentes, [ vagos ] que incluyen: [28]
- Dispositivos móviles
- Plataformas de Internet de las cosas (IoT)
- Tecnologías de detección de ubicación (identificación electrónica)
- Interfaces hombre-máquina avanzadas
- Autenticación y detección de fraudes
- Sensores inteligentes
- Grandes analíticas y procesos avanzados
- Interacción con el cliente de varios niveles y elaboración de perfiles
- Realidad aumentada / wearables
- Disponibilidad bajo demanda de recursos del sistema informático
- Visualización de datos y capacitación "en vivo" activada [28]
Principalmente, estas tecnologías se pueden resumir en cuatro componentes principales, que definen el término "Industria 4.0" o "fábrica inteligente": [28]
- Sistemas ciberfísicos
- Internet de las cosas (IoT)
- Disponibilidad bajo demanda de recursos del sistema informático
- Computación cognitiva [28]
Industria 4.0 conecta una amplia gama de nuevas tecnologías para crear valor. Usando sistemas ciberfísicos que monitorean los procesos físicos, se puede diseñar una copia virtual del mundo físico. Las características de los sistemas ciberfísicos incluyen la capacidad de tomar decisiones descentralizadas de forma independiente, alcanzando un alto grado de autonomía. [28]
El valor creado en Industrie 4.0, se puede confiar en la identificación electrónica, en la que la fabricación inteligente requiere que se incorporen tecnologías establecidas en el proceso de fabricación para, por lo tanto, clasificarse como en el camino de desarrollo de Industrie 4.0 y no más la digitalización. [29]
Conductores primarios
- Digitalización e integración de cadenas de valor verticales y horizontales: la Industria 4.0 integra procesos verticalmente en toda la organización, incluidos los procesos de desarrollo de productos, fabricación, estructuración y servicio; horizontalmente, la Industria 4.0 incluye las operaciones internas de los proveedores a los clientes, así como todos los socios clave de la cadena de valor. [30]
- La digitalización de productos y servicios, la integración de nuevos métodos de recopilación y análisis de datos, como la expansión de productos existentes o la creación de nuevos productos digitalizados, ayuda a las empresas a generar datos sobre el uso de productos para perfeccionarlos [30].
- Modelos de negocios digitales y acceso de los clientes: la satisfacción del cliente es un proceso perpetuo de múltiples etapas que requiere modificaciones en tiempo real para adaptarse a las necesidades cambiantes de los consumidores [30]
Tendencias mas grandes
En esencia, la Cuarta Revolución Industrial es la tendencia hacia la automatización y el intercambio de datos en tecnologías y procesos de fabricación que incluyen sistemas ciberfísicos (CPS), IoT, Internet industrial de las cosas, [31] computación en la nube , [24] [32] [ 33] [34] computación cognitiva e inteligencia artificial . [34] [35]
La Cuarta Revolución Industrial marca el comienzo de la Era de la Imaginación . [36]
Fábrica inteligente
La Cuarta Revolución Industrial fomenta lo que se ha denominado una "fábrica inteligente". Dentro de las fábricas inteligentes con estructura modular, los sistemas ciberfísicos monitorean los procesos físicos, crean una copia virtual del mundo físico y toman decisiones descentralizadas. [37] A través de Internet de las cosas, los sistemas ciberfísicos se comunican y cooperan entre sí y con los humanos en tiempo sincrónico, tanto internamente como a través de los servicios organizacionales ofrecidos y utilizados por los participantes de la cadena de valor . [24] [38]
Mantenimiento predictivo
La Industria 4.0 también puede proporcionar mantenimiento predictivo, debido al uso de tecnología y los sensores de IoT. El mantenimiento predictivo, que puede identificar problemas de mantenimiento en vivo, permite a los propietarios de máquinas realizar un mantenimiento rentable y determinarlo con anticipación antes de que la maquinaria falle o se dañe. Por ejemplo, una empresa de Los Ángeles podría comprender si un equipo de Singapur funciona a una velocidad o temperatura anormales. A continuación, podrían decidir si es necesario repararlo o no. [39]
Impresión 3d
Se dice que la Cuarta Revolución Industrial tiene una gran dependencia de la tecnología de impresión 3D . Algunas de las ventajas de la impresión 3D para la industria son que la impresión 3D puede imprimir muchas estructuras geométricas, además de simplificar el proceso de diseño del producto. También es relativamente ecológico. En la producción de bajo volumen, también puede reducir los tiempos de entrega y los costos totales de producción. Además, puede aumentar la flexibilidad, reducir los costos de almacenamiento y ayudar a la empresa a adoptar una estrategia comercial de personalización masiva. Además, la impresión 3D puede ser muy útil para imprimir repuestos e instalarlo localmente, reduciendo así la dependencia del proveedor y reduciendo el tiempo de entrega del suministro. [40]
El factor determinante es el ritmo del cambio. La correlación de la velocidad del desarrollo tecnológico y, como resultado, las transformaciones socioeconómicas y de infraestructura con la vida humana, nos permiten afirmar un salto cualitativo en la velocidad del desarrollo, que marca una transición hacia una nueva era de tiempo. [41]
Sensores inteligentes
Los sensores y la instrumentación impulsan las fuerzas centrales de la innovación, no solo para la Industria 4.0, sino también para otras megatendencias "inteligentes", como la producción inteligente, la movilidad inteligente, los hogares inteligentes, las ciudades inteligentes y las fábricas inteligentes. [42]
Los sensores inteligentes son dispositivos que generan los datos y permiten una mayor funcionalidad, desde el autocontrol y la autoconfiguración hasta el control de condiciones de procesos complejos. Con la capacidad de comunicación inalámbrica, reducen el esfuerzo de instalación en gran medida y ayudan a realizar una densa gama de sensores. [43]
La importancia de los sensores, la ciencia de la medición y la evaluación inteligente para la Industria 4.0 ha sido reconocida y reconocida por varios expertos y ya ha dado lugar a la declaración "Industria 4.0: nada va sin los sistemas de sensores". [44]
Sin embargo, existen pocos problemas, como el error de sincronización de tiempo, la pérdida de datos y el manejo de grandes cantidades de datos recolectados, que limitan la implementación de sistemas completos. Además, los límites adicionales de estas funcionalidades representan la energía de la batería. Un ejemplo de la integración de sensores inteligentes en los dispositivos electrónicos, es el caso de los relojes inteligentes, donde los sensores reciben los datos del movimiento del usuario, procesan los datos y como resultado, brindan al usuario la información sobre cuántos pasos han caminado en un día y también convierten los datos en calorías quemadas.
Agricultura e industrias alimentarias
Los sensores inteligentes en estos dos campos aún se encuentran en la etapa de prueba. [45] Estos innovadores sensores conectados recogen, interpretan y comunican la información disponible en las parcelas (área foliar, índice de vegetación, clorofila, higrometría, temperatura, potencial hídrico, radiación). A partir de estos datos científicos, el objetivo es permitir la monitorización en tiempo real a través de un teléfono inteligente con una serie de consejos que optimizan la gestión de las parcelas en términos de resultados, tiempo y costes. En la finca, estos sensores se pueden utilizar para detectar las etapas del cultivo y recomendar insumos y tratamientos en el momento adecuado. Además de controlar el nivel de riego. [46]
La industria alimentaria requiere cada vez más seguridad y transparencia y se requiere una documentación completa. Esta nueva tecnología se utiliza como sistema de seguimiento, así como para la recopilación de datos humanos y de productos. [47]
Desafíos
Desafíos en la implementación de Industria 4.0: [48] [49]
Económico
- Altos costos económicos
- Adaptación del modelo de negocio
- Beneficios económicos poco claros / inversión excesiva [48] [49]
Social
- Preocupaciones sobre la privacidad
- Vigilancia y desconfianza
- Renuencia general al cambio por parte de las partes interesadas
- Amenaza de redundancia del departamento de TI corporativo
- Pérdida de muchos puestos de trabajo debido a procesos automáticos y procesos controlados por TI, especialmente para los trabajadores manuales [48] [49] [50]
Político
- Falta de regulación, estándares y formas de certificaciones.
- Problemas legales y seguridad de los datos poco claros [48] [49]
Organizativo
- Problemas de seguridad de TI, que se ven agravados en gran medida por la necesidad inherente de abrir esas [ aclaraciones necesarias ] talleres de producción previamente cerrados
- Fiabilidad y estabilidad necesarias para la comunicación crítica de máquina a máquina (M2M), incluidos tiempos de latencia muy cortos y estables
- Necesidad de mantener la integridad de los procesos de producción.
- Necesidad de evitar problemas de TI, ya que causarían costosas interrupciones en la producción.
- Necesidad de proteger los conocimientos técnicos industriales (incluidos también en los archivos de control del equipo de automatización industrial)
- Falta de habilidades adecuadas para acelerar la transición hacia una cuarta revolución industrial
- Bajo compromiso de la alta dirección
- Cualificación insuficiente de los empleados [48] [49]
Aplicaciones
La industria aeroespacial se ha caracterizado a veces como "un volumen demasiado bajo para una automatización extensiva"; sin embargo, los principios de la Industria 4.0 han sido investigados por varias empresas aeroespaciales y se han desarrollado tecnologías para mejorar la productividad cuando el costo inicial de la automatización no puede justificarse. Un ejemplo de esto es el proyecto del fabricante de piezas aeroespaciales Meggitt PLC , M4. [dieciséis]
El uso cada vez mayor de la Internet industrial de las cosas se conoce como Industria 4.0 en Bosch y, en general, en Alemania . Las aplicaciones incluyen máquinas que pueden predecir fallas y activar procesos de mantenimiento de forma autónoma o coordinación autoorganizada que reacciona a cambios inesperados en la producción. [51]
La Industria 4.0 inspiró la Innovación 4.0, un movimiento hacia la digitalización para la academia y la investigación y el desarrollo . [52] En 2017, la Fábrica de Innovación de Materiales (MIF) de 81 millones de libras en la Universidad de Liverpool abrió como un centro para la ciencia de los materiales asistida por computadora, [53] donde la formulación robótica, [54] la captura de datos y el modelado se están integrando en las prácticas de desarrollo. . [52]
Ver también
- Fabricación integrada por computadora
- Modelado y fabricación digital
- Sistema de control industrial
- Sistemas de mantenimiento inteligentes
- Fabricación sin luces
- Máquina a máquina
- Fabricación cibernética
- Trabajo 4.0
- Foro Económico Mundial 2016
- Software de simulación
- La guerra contra la gente normal
- Lista de tecnologías emergentes
- Desempleo tecnológico
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