Industria 4.0: Digitalización de la fabricación

La próxima revolución industrial, la digitalización de la fabricación, ha empezado a introducirse en la industria metalúrgica. La publicación hermana de la AMM, Metal Bulletin, investigó hasta qué punto se ha desarrollado y hasta dónde es probable que se extienda.

NUEVA YORK - La última revolución industrial se conoce comúnmente como Industria 4.0, pero también está fuertemente asociada al Internet de las Cosas.

Pero, ¿hasta qué punto es importante? Según John Lichtenstein, director general de recursos naturales de Accenture Strategy, podría dar lugar a un "salto cuántico" en productividad y eficiencia, ayudado por la convergencia de varias nuevas tecnologías digitales.

El impacto varía mucho, ya que no todas las empresas parten del mismo nivel. Pero Accenture Strategy ha calculado, basándose en modelos que ha realizado en varias plantas de producción metalúrgica, que las empresas podrían esperar una mejora de entre el 11% y el 15%.

"Esta próxima fase de la fabricación va más allá de la automatización y la robótica que formaban parte de la Industria 3.0", afirma Matt Meyer, vicepresidente de innovación digital de Kloeckner Metals Corp, la filial con sede en Roswell (Georgia) de la alemana Klöckner & Co.

"Implica todo este universo de datos interconectados en el que no sólo hay máquinas automatizadas, sino máquinas que hablan entre sí", explica.

Tom Garinis, asesor principal de Deloitte Consulting, lo describe como un maridaje entre las tecnologías de la información (TI) y las nuevas tecnologías operativas, como la analítica, la impresión 3D o la fabricación aditiva, la robótica, la informática de alto rendimiento, la inteligencia artificial, las tecnologías cognitivas y la realidad aumentada, que se han generalizado en los últimos años.

Esto forma parte de lo que se ha dado en llamar "fábrica inteligente" o "fabricación inteligente", en la que las empresas optimizan sus gastos de mantenimiento y mejoran la eficiencia de los activos mediante medidas como el mantenimiento predictivo de los equipos, la comunicación entre ellos y nuevas formas de interfaz hombre-máquina.

No todo esto es nuevo, según Stefan Koch, responsable mundial de metales de SAP SE, Walldorf (Alemania).

"La industria metalúrgica ya tiene mucha automatización y digitalización en marcha", dijo. "El mantenimiento predictivo ya se realiza en muchas empresas siderúrgicas".

Aun así, les queda mucho camino por recorrer: "La Industria 4.0 no es un proyecto. Es un viaje que la industria está emprendiendo".

Se trata de un largo camino, afirma Chenn Zhou, director fundador del Consorcio de Simulación y Visualización de la Fabricación de Acero y del Centro de Visualización y Simulación de la Universidad Purdue del Noroeste, señalando que implica muchas cosas que actualmente no son de uso generalizado, como máquinas capaces de comunicarse entre sí y recopilación de datos mediante sensores inteligentes.

También es necesaria la inteligencia artificial (IA) o el aprendizaje profundo de las máquinas para disponer de análisis inteligentes. Aun así, muchos observadores sugieren que esa industria se encuentra en las primeras fases de ese viaje.

"Yo no diría que el sector metalúrgico es uno de los primeros en adoptar la Industria 4.0", afirma Mike Tomera, responsable del sector metalúrgico estadounidense de PricewaterhouseCoopers LLC. De hecho, según algunas encuestas realizadas por PwC, varias empresas metalúrgicas siguen al margen, esperando a ver cómo se desarrollan los acontecimientos.

Proceso prudente
No es de extrañar, según Richard Oppelt, director principal de Accenture Strategy, dado que la industria metalúrgica tiende a ser bastante conservadora y prudente en sus inversiones de capital.

Uno de los problemas ha sido que la Industria 4.0 y el Internet de las Cosas tienden a incluir un cierto grado de incertidumbre sobre si una empresa será capaz de lograr los resultados deseados.

"No hay la misma línea directa con el retorno de la inversión que para poner un nuevo equipo, así que el grado de apertura de una empresa está en función de tener la rentabilidad para poder hacer algunas cosas experimentales".

"El mayor reto no es la tecnología", argumentó Koch, de SAP, sino el riesgo que conlleva innovar y hacer algo que tiene el potencial de ser realmente disruptivo. "Es un gran paso que requiere un gran compromiso por parte de la alta dirección de la empresa".

Sin embargo, eso no significa que no haya habido ningún movimiento. Tomera afirma que se están empezando a hacer algunos avances en la incorporación de dispositivos conectados, Internet de las Cosas y conectividad de la planta, incluida la incorporación de sensores para ayudar con la seguridad y el control de calidad.

"Nos guste o no, esto ya está ocurriendo en varias industrias y está ocurriendo lentamente en la industria metalúrgica incluso mientras hablamos", dijo Carlo Travaglini, director de tecnología de Gerdau Long Steel North America.

"Puede que la industria aún no sea muy receptiva, pero lo será", añadió Travaglini, señalando que una de las ventajas de la revolución de la Industria 4.0 es que todas las inversiones de capital necesarias pueden adaptarse a las operaciones existentes, lo que las hace más asequibles y realizables. Esto, dijo, es muy diferente de la última revolución: la revolución de la automatización.

"Realmente había que cambiar por completo el proceso de fabricación, instalando equipos totalmente nuevos al añadir controladores lógicos programables, robótica y otras herramientas de automatización. Eso no significa que conseguir la Industria 4.0 sea una tarea fácil. No lo es", afirma Travaglini. "Pero creo que es posible hacer que nuestras fábricas sean más inteligentes sin tener que rediseñarlas por completo, y eso es bueno".

Operaciones en evolución
La industria metalúrgica aún tiene camino por recorrer, pero cada vez más empresas ven el valor de seguir este camino. En un informe reciente, "Industria 4.0: Construir la empresa digital", PwC señalaba que la digitalización está pasando de ser algo "bonito de tener" a algo que ahora se considera de vital importancia para la diferenciación.

Las empresas metalúrgicas encuestadas por PwC afirmaron que prevén invertir el 4% de sus ingresos anuales en herramientas de operaciones digitales en los próximos cinco años, y el 62% de los encuestados afirmaron que esperan alcanzar un nivel avanzado de digitalización en los próximos cinco años y el 55% espera que eso incluya la integración horizontal de la cadena de valor con clientes y proveedores.

"Todavía estamos en una fase en la que evaluamos las oportunidades y nos centramos en las victorias más fáciles", afirma Travaglini. El sector ya ha empezado a hacerlo, pero al mismo tiempo se está cuidando de adoptar un enfoque prudente.

"Queremos centrarnos en proyectos que tengan sentido para nuestro negocio", dijo. "Con suerte, identificaremos algunas áreas en las que podríamos obtener una ventaja competitiva si lo hacemos a un ritmo que sea sostenible pero también lo suficientemente rápido como para captar las nuevas tecnologías a medida que estén disponibles".

Oppelt, de Accenture, dijo que no cree que haya un metal específico o una parte específica de la cadena de suministro de metales que esté a la cabeza, señalando que ha visto ejemplos de iniciativas tanto en metales ferrosos como no ferrosos de empresas mineras, productores de metales primarios, distribuidores y usuarios finales por igual.

"Es mucho más específico de cada empresa y de la dirección de la misma. El hilo común es la voluntad de asumir un poco de riesgo para probar un determinado concepto o valor, y disponer de un proceso para evaluar el valor de tales movimientos, y cuándo seguir invirtiendo y cuándo volver a ponerlo en el estante por un tiempo", añadió.

Meyer se apresura a decir que el apoyo del director ejecutivo de Klöckner, Gisbert Rühl, que considera que la digitalización es absolutamente clave para el futuro de la industria metalúrgica, ha sido decisivo en el agresivo impulso de Kloeckner Metals para trazar un rumbo hacia la Industria 4.0, un movimiento que admite que es único para una empresa de distribución de metales.

"Si uno se lo toma realmente en serio y quiere dar el salto de donde está a donde quiere estar, tiene que pensar de forma diferente y estructurar su organización de forma diferente", afirma Meyer.

Para Kloeckner Metals, esto ha incluido la formación de su grupo de innovación digital, que cuenta con un equipo de digitalización que opera fuera de su grupo de TI y ha recibido un gran apoyo de la oficina de investigación y desarrollo e innovación de su empresa matriz, recientemente construida en Berlín.

Kloeckner no es el único que adopta este enfoque. Oppelt dijo que al menos un productor de metales primarios está creando lo que denomina un centro digital de experiencia, que también opera fuera de su infraestructura de TI. En uno de estos casos, depende del director de operaciones de la empresa.

"Tenemos muchas iniciativas al respecto, que van desde la participación en la parte operativa, donde estamos añadiendo nuevos sensores y tarjetas de control a nuestros equipos para que puedan captar datos de forma más eficiente, hasta el uso de análisis y programas informáticos capaces de predecir la demanda del mercado", explicó Meyer.

Está estudiando la forma de vincular todos estos elementos y compartir la información con sus proveedores de molinos y sus clientes. Según él, las posibilidades de automatización que ofrecen algunos programas informáticos nuevos, combinados con los datos que su empresa recopila mediante el uso de la identificación por radiofrecuencia, "suponen un enorme salto con respecto al escaneado de códigos de barras, la tecnología anterior".

Meyer añadió que Kloeckner y algunas otras empresas metalúrgicas también están llevando la logística y el transporte al siguiente nivel mediante una mayor automatización de sus camiones.

"Sabemos dónde están los camiones. Podemos analizar el comportamiento de los conductores. Podemos centralizar esa información en todo el país y tomar decisiones inteligentes sobre aspectos como la ruta de los camiones", dijo.

Sensores más inteligentes
Gerdau también ha dado algunos pasos hacia la Industria 4.0. Segúnravaglini, esto incluye el uso de robótica más inteligente.

Ronald Ashburn, director ejecutivo de la Association for Iron & Steel Technology, observa que los robots se han empleado -y seguirán empleándose- en zonas peligrosas y en otros lugares de las acerías para realizar tareas repetitivas. El muestreo químico y de temperatura del metal fundido en el horno es un buen ejemplo.

"Ahora estamos asistiendo a la evolución de máquinas capaces de gestionar todo un proceso mediante inteligencia artificial", afirma, y sostiene que la fundición sin personal es casi una realidad.

Travaglini explica que Gerdau ha instalado recientemente una célula robotizada dotada de visión artificial que le permite localizar, escanear y etiquetar productos. "Aunque este es un ejemplo de una aplicación sencilla, va más allá del uso tradicional de la robótica, ya que estos robots pueden reaccionar ante el mundo exterior en lugar de ser simplemente un brazo que opera en un espacio predeterminado sin cerebro".

Dijo que Gerdau también ha añadido una aplicación robótica de muestreo de temperatura más convencional en su planta de Petersburg, Virginia, con la ayuda de un sistema de visión de 360 grados y seis cámaras que permite a la empresa mirar dentro del horno, lo que le permite hacer cosas como inspeccionar el refractario, evaluar las fugas de agua y evaluar sistemáticamente el estado general del horno sobre una base visual.

Las empresas metalúrgicas también han avanzado en la recopilación y el análisis de datos con un número cada vez mayor de sensores -incluidos sensores más inteligentes- en toda la planta, explicó Koch. Esto ya ha permitido una mayor digitalización en su conjunto, a menudo en forma de aumentos en el mantenimiento predictivo, en lugar de reactivo, de los equipos de producción, añadió.

"Haciendo uso de todo el big data que se está recopilando, las empresas pueden identificar por qué algo va bien o va mal" e incluso predecir por qué y cuándo es probable que fallen los equipos, dijo.

El aprendizaje automático, del que se dice que es la primera aplicación de la IA, también podría desempeñar un papel en la predicción de cuándo una máquina empezará a producir productos de mala calidad o cuándo fallará en su configuración actual.

Con el aprendizaje automático, la máquina asume el papel de hacer suposiciones para predecir el futuro. Koch afirmó que las tecnologías y algoritmos de la Industria 4.0 podrían utilizarse para captar determinados patrones, acelerando así este tipo de predicción.

"Aunque todo el mundo se interesa por el software de IA, no se trata del mismo tipo de IA que se ve en las películas de ciencia ficción", señala Meyer, de Kloeckner. Se trata más bien del uso de la automatización para permitir al usuario dar algunos saltos en la lógica que le ayuden a agilizar su proceso de producción mediante la recopilación, conexión e intercambio de datos.

El siguiente paso es utilizar los datos para crear una simulación, un mundo virtual que es un gemelo tridimensional del mundo físico, ya sea dentro de la planta de producción o incluso una representación virtual del producto que la empresa quiere fabricar, explicó Koch, señalando que esto permite a la empresa sacar conclusiones sobre aspectos como el rendimiento de la producción y la calidad del producto.

Zhou afirmó que estas tecnologías de visualización y simulación podrían ser beneficiosas para una amplia gama de procesos a lo largo de la cadena de suministro de metales, incluida la optimización tanto del uso de la energía como del material que se produce mediante simulaciones que podrían verse en tiempo real.

Puede tratarse de un modelo simplificado de un solo proceso o de varios modelos conectados entre sí para que la empresa pueda examinar la relación entre varios procesos.

"El aprendizaje automático y la inteligencia artificial nos ayudarán, pero no será tan fácil de implantar como algunos dicen", afirma Travaglini. "Aunque a la larga será genial, al principio implicará mucho trabajo para obtener los resultados que queremos".

Otro aspecto importante de la Industria 4.0 es el potencial de interconectividad en toda la cadena de suministro. Aun así, se trata de un área que tarda más en despegar que las tecnologías más "internas", como las que tienen que ver con las operaciones y el mantenimiento de las plantas, afirma Oppelt, de Accenture.

Aunque es evidente que tener más visibilidad y la capacidad de seguir tanto el estado de las materias primas como la fase en que se encuentra un producto concreto en el proceso de producción tiene sus ventajas, "la cuestión es quién obtendrá los mayores beneficios de esas inversiones y esa colaboración", explicó.

También es una cuestión de ciberseguridad. "Cuando se trata de productos, la seguridad de la información competitiva es muy importante", señaló Zhou.

Tomera está de acuerdo y señala que añadir más dispositivos conectados aumenta el riesgo de que se produzca una filtración de datos o de que alguien piratee los sistemas informáticos de una empresa.

Los departamentos de informática han ido tomando medidas en este ámbito, como mejorar el cifrado y las contraseñas, además de contratar más personal para garantizar que todo sea seguro. "Pero es un área que requiere una atención constante", afirma.

Según Koch, otro gran reto procede del lado de los recursos humanos: los trabajadores deben tener un conjunto diferente de conocimientos, incluidos los relacionados con el corte de datos para tomar decisiones a partir de esa información.

A algunos vendedores puede preocuparles inicialmente perder su empleo a causa de este cambio, afirma Meyer, pero en realidad parte de ese temor es infundado.

"Su trabajo consiste realmente en gestionar la cadena de suministro. Si pasan cuatro horas al día tecleando pedidos en un ordenador, no están creando ningún valor. El valor consiste en dedicar ese tiempo a entender lo que ocurre con la base de suministro, cotejando el inventario con la demanda de los clientes", explica. Dicho esto, con el tiempo, la automatización podría sustituir algunos puestos de trabajo, incluidos los de alta cualificación tecnológica, como la codificación, el desarrollo web y el análisis de datos.

"Aunque las empresas metalúrgicas van actualmente un paso por detrás en la implantación de la Industria 4.0, deberían empezar a ponerse al día en los próximos dos o tres años", afirma Tomera. En parte, para ponerse al nivel de sus clientes, que están más avanzados en este proceso".

Este artículo se publicó por primera vez en el número de julio-agosto de 2017 de MB Magazine, que ofrece artículos de fondo, análisis y reseñas de los mercados del metal y el acero.

Este artículo es copyright de American Metal Market. Para más información sobre la distribución de este artículo o sobre las suscripciones a American Metal Market, póngase en contacto con Mindy Rietzel en [email protected].