¿Qué ha cambiado realmente en la industria que nos lleve a pensar en un nuevo paradigma industrial? ¿cuál es la clave de la nueva revolución?
De la Industria Digital...
Los procesos o las máquinas en la industria son digitales desde los años 70. Ahora se ha dado en llamar Industria 3.0 o Tercera revolución industrial a aquella surgida del nacimiento del microprocesador. Los complejos esquemas de control eléctricos o neumáticos fueron rápidamente sustituidos por equipos programables denominados Programable Logic Controllers (PLC) o en el argot industrial "autómatas". He tenido que explicar muchas veces a mis amigos no ingenieros que un autómata no es un robot con forma semihumana que desarrolla tareas con el ánimo de quitarle el puesto de trabajo a un humano de verdad. A veces, para simplificar, lo defino como un pc muy robusto (soft y hard) desarrollado para la industria.
"Un autómata es como un pc muy robusto (soft y hard) desarrollado para la industria".
Juan Manuel Ferrer (SMC Sales Leader).
Surgimiento de los robots industriales
En paralelo, surgieron otras tecnologías también digitales que revolucionaron muchos procesos y máquinas. Los robots industriales (que no autómatas) comenzaron a desarrollar efectivamente labores pesadas, ingratas, peligrosas que el ser humano desarrollaba con dificultad. Y como es obvio, a mayor velocidad y rendimiento.
Desarrollo de la electrónica
Se desarrolló también mucho la electrónica de potencia que permitía un control mucho más eficiente de los movimientos eléctricos; arranques y paradas más suaves, precisión en las aceleraciones/desaceleraciones y ahorros extraordinariamente significativos de energía. La instrumentación, o sea, los elementos que miden las variables de proceso (presión, caudal, temperatura, ph,…) comenzaron también a ser digitales desarrollando por si mismos lazos de control y aportando informaciones adicionales al proceso.
Incorporación buses de comunicación
Un poco más tarde, sobre mediados de los años 80, comenzaron a incorporarse buses de comunicación a todos los equipos que tenían un microprocesador cómo corazón inteligente. Al inicio, bajo protocolos específicos de cada equipo. Más tarde, con estándares que permitían comunicación entre equipos de diferentes fabricantes y tecnologías.
Desarrollo de SCADAS
Sobre estas nuevas capacidades de comunicar estados, alertas, consignas, órdenes surgieron y desarrollaron los denominados SCADAS (Supervisory Control And Data Acquisition). Se trataba de paquetes de software que corrían sobre PC's o sobre pantallas de supervisión que permitían al operador de la máquina o de la planta tener una visión global, un dibujo interactivo del proceso e interactuar sobre él.
Nacimiento de la pirámide de la automatización
Surge así el estándar ISA95 o también conocido como pirámide de la automatización. ISA (International Society of Automation) percibe la necesidad de estructurar la arquitectura de la planta de producción, agrupando los diferentes componentes en diferentes capas, todas comunicadas entre sí y dando paso a niveles superiores que utilizan los datos para la mejora del proceso (MES) o, más arriba, para la gestión empresarial (ERP). El modelo ISA-95 es algo tal cómo se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Pirámide automatización según modelo ISA-95. Elaboración propia.
... a la Industria 4.0.
Y desde aquí saltamos al presente. El gobierno alemán lanza en el año 2013 el documento denominado Industry 4.0. A posteriori, otros países europeos lanzan proyectos similares con nombres cercanos. El ministerio de industria en España publica el documento "Industria Conectada 4.0". Estos documentos, si bien describen una nueva realidad tecnológica que ahora explicaremos, son también estrategias políticas que pretenden el impulso tecnológico de la industria dentro de cada país y en competencia con otros países y/o economías.
.Figura 2. Evolución de la Industria 1.0 a la Industria 4.0. DFKI (2011).
¿Qué es lo que ha cambiado realmente en la industria que nos lleve a pensar en un nuevo paradigma industrial? ¿cuál es la clave de la nueva revolución? ¿qué hay que cambiar en el modelo ISA para adaptarlo a esta nueva realidad? Volvamos de nuevo a la pirámide. Analicemos por capas.
Nivel 0. El proceso industrial.
Los objetos que fabricamos ya no son pasivos. Son activos. Muchos de ellos poseen también corazones inteligentes o se adaptan para que, a medida que se fabrican, vayan reportando aguas arriba informaciones diversas: estado de fabricación, trazabilidad del producto, posición en la planta o en el proceso. Es posible y probable que muchos de ellos sigan informando a la empresa que los fabricó de cuestiones varias cómo el estado de mantenimiento, su posición, su temperatura, su estado en general incluso cuando ya estén en manos del usuario o cliente final.
Estas nuevas capacidades constituyen de por si un nuevo negocio o, en muchos casos, el verdadero negocio. Se regalan o venden muy baratas "cosas" que nos obligan a servicios posteriores donde la compañía encuentra el verdadero retorno de la inversión. Es el llamado IOT (Internet de las cosas). La incorporación de inteligencia en los objetos ha revolucionado la forma de producir, de consumir y de hacer negocio. Y no ha hecho más que empezar.
Nivel 1 (PLC).
Los controladores o PLC's ya no son pequeños microprocesadores que ejecutan tareas sencillas en la propia máquina o en partes independientes del proceso. Son o pueden ser potentes microprocesadores con gran capacidad de cálculo, de almacenamiento, de gestión de entradas y salidas digitales o analógicas y equipados con suficientes y potentes enlaces de comunicación con el resto del sistema.
La instrumentación es ya inteligente en la mayoría de los casos y puede tomar decisiones sin pasar obligatoriamente por el sistema de control superior: gestión de alarmas, cambios de color,… Pueden también ser parametrizados y calibrados si se requiere desde un único punto de acceso al sistema. Por último, los actuadores están en la mayoría de los casos comandados por drivers o variadores también basados en microprocesadores que los convierten de por sí en verdaderos gestores de los movimientos con capacidad en muchos casos de tomar acciones sobre el propio proceso sin necesidad de consultar al sistema principal: paradas por sobrecargas, paradas de seguridad, maniobras lógicas, lazos de control de tipo PID, interpolaciones complejas…
Nivel 2 (SCADA).
Los paquetes HMI/SCADA han incrementado enormemente su papel en la pirámide convirtiéndose en un conector inteligente que distribuye datos al negocio, a la ingeniería, a proveedores y a los paquetes MES de forma adicional a su tradicional función de visualización y control para los equipos y para los controladores distribuidos por las diferentes plantas.
Nivel 3 (MES).
La llegada del concepto Industria 4.0 añade desafíos a las líneas de producción manufacturera. Estos desafíos son por ejemplo la demanda de mayores o menores producciones dependiendo de la situación del negocio, mayor demanda de productos personalizados, producción sin errores y líneas para producir objetos diversos con flexibilidad para cambiar de formato a demanda y de forma automatizada.
La optimización del proceso es fundamental en la era 4.0. La eficiencia general del equipo (OEE) se ha convertido en el índice de rendimiento clave (KPI) en la industria. OEE evalúa el porcentaje de tiempo de fabricación que es verdaderamente productivo. Una puntuación OEE del 100% muestra que se están produciendo solo piezas buenas, lo más rápido posible y sin tiempo de inactividad. La fórmula del OEE incorpora tres factores: disponibilidad (tiempo de actividad), rendimiento (velocidad de producción) y calidad (porcentaje de productos válidos).
Los paquetes MES son los responsables de esta medición incorporando además la medición de otros KPI's destacables cómo la energía consumida o el tiempo sin accidentes laborales.
Nivel 4 (ERP)
Y por último y quizás lo más relevante del nuevo paradigma; el enlace de todos los datos con el sistema de gestión empresarial y más arriba, con la nube, donde los datos son categorizados, almacenados y donde pueden ser desarrolladas aplicaciones que recojan los datos y nos los devuelvan en forma de alarma, identificación o servicio añadido.
Así podemos concluir en la modificación de este modelo piramidal en otro que podemos representar según el siguiente esquema.
Figura 3. Modelo Industria 4.0. Graphics © Plattform Industrie 4.0
La industria no es más que el mecanismo creado por las personas para la generación de productos y/o servicios a gran escala. No tiene otro fin que la mejora de vida de las propias personas.
La nueva industria debe vigilar y reducir la energía que utiliza para la generación de estos nuevos bienes y debe vigilar y reducir el impacto de la producción en la naturaleza: emisiones, contaminación, cambios medioambientales. La nueva industria debe ser mucho más productiva y eficiente, devolviendo al hombre lo que ha creado el hombre. El incremento de riqueza debe servir para mejorar la vida en la tierra y hacer del mundo un lugar más seguro, limpio y confortable para el hombre y para todos los seres vivos que habitan el planeta.
*Juan Manuel Ferrer es ingeniero en automatización de procesos industriales, tiene una experiencia de más de 20 años de trabajo en diferentes multinacionales fabricantes de equipos para la industria y es miembro activo y ha sido presidente de la International Society of Automation en España. Durante su etapa profesional ha liderado diversos proyectos y es actualmente uno de los docentes del Máster en Digital Development Manager, máster especializado para dirigir la digitalización de las empresas. 100% online y con el aval de Cuatroochenta y la Universitat Jaume I.
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