A lo largo de los siglos, el progreso humano ha estado estrechamente ligado a la capacidad de desarrollar soluciones innovadoras para producir los artículos que consumimos y utilizamos. En las edades de piedra y metal, nuestros antepasados producían bienes a mano y con la ayuda de animales domesticados, pero en el sigloXVIII las cosas iban a cambiar radicalmente para mejor.
El descubrimiento de la mecánica de fluidos y sus innovadoras aplicaciones cambiarían para siempre los esfuerzos industriales. De este modo, se dio lugar a la primera era industrial. Desde entonces, se han desarrollado nuevas innovaciones que nos han llevado a la Industria 4.0 y a la fábrica inteligente. A continuación se ofrece una visión general de los hitos de cada era industrial.
Industria 1.0
El desarrollo de la máquina de vapor en los siglosXVI yXVII allanó el camino para la introducción de las instalaciones de producción mecánica y la primera era industrial. En el sigloXVIII se fabricaron máquinas de vapor comerciales que proporcionaban a los usuarios un suministro continuo de energía que relegaba el trabajo manual a un segundo plano. Con la invención de las máquinas de vapor que proporcionaban energía continua, comenzó la Industria 1.0 y el hombre pudo producir artículos en grandes volúmenes para venderlos a más clientes. Entre los hitos más destacados de laprimera era industrial se incluyen:
- El primer aparato comercial de vapor fue la bomba de agua de Thomas Savery.
- Máquina de vapor de tracción continua de Thomas Newcomen que introdujo la transmisión de potencia continua.
- Edmund Cartwright desarrolla el telar a vapor, que favorece la producción industrial o en serie.
Industria 2.0
Al igual que la invención de las máquinas de vapor dio el pistoletazo de salida a la primera era industrial, la invención de una fuente de energía más estable y continua dio lugar a lasegunda era industrial conocida como Industria 2.0. En este caso, el descubrimiento de la electricidad dio lugar a esfuerzos industriales innovadores que se siguen utilizando hoy en día.
La Industria 2.0 comenzó a principios del sigloXX con el desarrollo de máquinas que funcionaban con electricidad. Antes de eso, el trabajo de inventores como Nikola Tesla, Thomas Edison y Michael Faraday condujo al aprovechamiento de la electricidad para alimentar máquinas. A medida que la máquina eléctrica ganaba importancia, los principios de la fabricación ajustada fueron desarrollados por Frederick Taylor y puestos en práctica por Henry Ford. La introducción y estandarización de la cadena de montaje fue también un hito importante de la Industria 2.0, entre otras cosas:
- La invención del motor eléctrico por Michael Faraday en 1821.
- La normalización de las cadenas de montaje o la cadena de producción por Henry Ford.
- Aplicación de prácticas de fabricación ajustada en las instalaciones de Toyota para optimizar los procesos de producción.
Industria 3.0
La siguiente revolución industrial, que dio lugar a la Industria 3.0, fue impulsada por los avances en la industria electrónica y la introducción de la automatización industrial en las fábricas. Las últimas décadas delsiglo XX fueron testigos del desarrollo de la primera máquina de moldeo por inyección automatizada, que abrió al mundo las posibilidades de la automatización industrial.
La necesidad de maquinaria automatizada propició avances en la industria de componentes y dispositivos electrónicos, ya que se necesitaba hardware especializado para construir estas máquinas. Así, se desarrollaron tecnologías como el controlador logo programable, las placas de circuito impreso, etc., para construir equipos más eficientes y reducir la intervención humana en el proceso de fabricación.
Los avances en el desarrollo de hardware electrónico y de maquinaria de producción y la necesidad de automatización condujeron a mejoras en el desarrollo de aplicaciones de software para supervisar y controlar las actividades industriales. Así, la era de la información impulsada por Internet se aprovechó durante la Industria 3.0 para construir software y plataformas a medida para gestionar el proceso de producción. Las plataformas construidas incluyen aplicaciones de gestión de recursos empresariales, cadena de suministro y modelado de simulación. Entre los hitos más destacados de la tercera era industrial figuran:
- La invención del controlador lógico programable en la década de 1960.
- La aplicación de las redes informáticas interconectadas a las actividades industriales en la década de 1980
Industria 4.0
El auge de Internet y del sector de las telecomunicaciones en la década de 1990 revolucionó la forma en que nos conectamos e intercambiamos información, dando paso a la era de la información. Con los avances en las telecomunicaciones y el aumento de la cobertura de la red llegó el siguiente cambio de paradigma en la industria manufacturera, actualmente denominado Industria 4.0.
Los principios de la Industria 4.0 giran en torno a la difuminación de los límites entre el mundo físico y el virtual, la posibilidad de una fábrica «sin luz» con menos operarios humanos y más automatización, y la mejora de la seguridad en las instalaciones industriales. La Industria 4.0 se define por los sistemas ciberfísicos (CPS), que permiten la comunicación entre máquinas, entre máquinas y dispositivos y entre personas y máquinas. Los CPS permiten a las máquinas industriales comunicarse inteligentemente entre sí y con el entorno de producción sin las limitaciones impuestas por las barreras físicas o geográficas.
La Industria 4.0 aprovecha los datos industriales. Los sistemas ciberfísicos capturan datos y los analizan para proporcionar información sobre procesos industriales específicos, impulsar la automatización y permitir que los equipos y operarios de la fábrica realicen acciones concretas. En 2011, un grupo de investigación alemán dirigido por Siegfried Dais, de Robert Bosch GmbH, acuñó la frase Industrie 4.0 e introdujo un marco de trabajo para su actualización. El marco destacaba la importancia de un entorno interconectado impulsado por equipos inteligentes que comparten datos y un proceso descentralizado de toma de decisiones. Este marco podría aplicarse a casos de uso específicos como el mantenimiento predictivo, la optimización del rendimiento de la planta basada en datos y la supervisión de la máquina basada en datos, el control de calidad del rendimiento y las actividades de optimización.
Para garantizar que la interconectividad impulsada por una plataforma informática centralizada y la descentralización pudieran lograrse al mismo tiempo, se integraron en la Industria 4.0 soluciones de computación en la nube y en los bordes. Las soluciones de computación periférica, como la Internet de los objetos, los sensores, los dispositivos inteligentes y las interfaces hombre-máquina, permiten capturar y analizar los datos de las fábricas en el perímetro, lo que hace posible un entorno informático descentralizado. La computación en nube proporcionó los recursos informáticos flexibles y ágiles necesarios para capturar grandes conjuntos de datos y supervisar las implantaciones de la Industria 4.0 a gran escala.
Hoy en día existen nuevas tecnologías que amplían la capacidad de desarrollar sistemas ciberfísicos. Entre ellas se encuentra el Gemelo Digital, que toma los datos producidos en la fábrica para recrear una réplica virtual exacta de los procesos industriales en la que se produce una transferencia de datos de ida y vuelta entre el Gemelo Digital y la fábrica física. El Gemelo Digital proporciona un entorno virtual para evaluar el proceso de producción, obtener información sobre procesos de fabricación complejos y tomar medidas decisivas en tiempo real.
A medida que la curva tecnología-coste se haga más pronunciada, surgirán rápidas disrupciones tecnológicas a costes aún más bajos que revolucionarán el ecosistema industrial. Un ejemplo es la red 5G, desarrollada específicamente para soportar la interconectividad y las grandes transferencias de datos en instalaciones industriales.
La Industria 4.0 está aún en su fase incipiente y se está trabajando mucho entre bastidores para garantizar que la conectividad entre la tecnología operativa y la tecnología de la información alcance niveles óptimos de rendimiento. En la actualidad, el 91 % de las empresas industriales están invirtiendo en tecnologías de transformación digital para garantizar que siguen siendo competitivas en la era de la Industria 4.0, que se espera que dure unas cuantas décadas.