Enormes oportunidades, muchas de las cuales aún desconocemos por completo

"Enormes oportunidades, muchas de las cuales aún desconocemos por completo"

 Megatendencia de la automatización industrial: expertos discuten oportunidades y desafíos

Ya sea en producción, ensamblaje, manipulación de materiales o logística: la automatización se está integrando en cada vez más procesos en todas las industrias y áreas de negocio, y está cambiándolos desde sus cimientos. Los cables son como un sistema nervioso: cuando se requiere, transmiten señales, datos y energía desde el sensor a través del controlador hasta el nivel de gestión. En esta mesa redonda de expertos, examinamos de cerca los desafíos que afronta la automatización industrial, así como los posibles desarrollos y tendencias futuras en esta fascinante área.

El término "automatización industrial" es muy amplio y abarca muchas subdisciplinas. ¿Cuál es su definición de automatización industrial?

Martin Schleef: Imagina una máquina o un conjunto de máquinas interconectadas que realiza repetidamente tareas específicas a alta velocidad. En pocas palabras, la automatización industrial trata sobre cómo controlar estas máquinas, es decir, cómo iniciarlas, detenerlas en medio de la producción o realizar mejoras en ellas. El indicador más relevante en este caso es la denominada eficiencia general del equipo o OEE por sus siglas en inglés. Esta métrica refleja la utilización del equipo en relación con el tiempo de producción y convierte los niveles de disponibilidad, rendimiento y calidad en ratios fáciles de visualizar. En el Fraunhofer IPA, investigamos cómo mejorar el OEE utilizando tecnología de sensores, inteligencia artificial y otras tecnologías.

Matthias Eick: Según mi punto de vista, el objetivo de la automatización industrial es automatizar procesos con alta precisión de repetibilidad y eliminar la necesidad de participación humana. Dichos procesos ya no son exclusivos del ámbito de la producción: hay muchas otras áreas que también se benefician de los avances en automatización. En el mercado actual hay una abundancia de herramientas técnicas más pequeñas, potentes y fáciles de usar.

Steffen Quadt: El término ya no se limita únicamente a la fabricación. La agricultura también es un tipo de industria. En mi opinión, el objetivo principal de la automatización industrial es mejorar la productividad. Esto se puede lograr a través de la tecnología, pero también mediante nuevos métodos y enfoques. La misma tecnología puede lograr resultados completamente diferentes dependiendo de cómo se implemente.

Frank Sangel: Además de la productividad, la automatización también trata de liberar a las personas de tareas monótonas y agotadoras, lo que mejora la seguridad del proceso.

Schleef: Así es. Distinguimos entre diferentes impulsores de la automatización, como la calidad en forma de precisión de repetición, por ejemplo, o la ergonomía y la disponibilidad del personal.

Eick: La automatización no solo significa hacer que los procesos sean más productivos, sino también optimizar el uso de los recursos. Las máquinas en las industrias de procesamiento, por ejemplo, pueden programar y utilizar el material de manera mucho más eficiente con la ayuda de modelos computacionales.

La automatización de los procesos industriales es una interacción de diversos componentes. Según su comprensión, ¿qué se considera como tecnología de automatización?

Quadt: Vemos la tecnología de automatización desde una perspectiva vertical y horizontal. La perspectiva vertical es la famosa pirámide de automatización que se divide en diferentes niveles: en la parte inferior, en el llamado nivel de componentes, se encuentran los actuadores y sensores; por encima de ellos están el nivel de control, la tecnología de gestión de la fabricación y el nivel de gestión de planificación empresarial. El objetivo es siempre automatizar de manera estructurada desde abajo hacia arriba. Este enfoque proporciona una visión esquemática de la automatización. También está la perspectiva horizontal, llamada ciclo de vida del producto. Esto comienza con la definición de requisitos en la fase de desarrollo, es decir, mucho antes de que comience la fabricación. Además, continúa hasta que haya un producto sucesor o se suspenda la fabricación del producto, e incluye el suministro de piezas de repuesto. La perspectiva horizontal está ganando cada vez más relevancia en vista de problemas como la sostenibilidad, la eficiencia energética y de recursos.

Eick: Es casi imposible para la mayoría de los usuarios ver las cosas de esta manera tan amplia. En la práctica, es más probable que sea un caso de "quiero fabricar un determinado producto, así que tengo que adaptar mis procesos en consecuencia".

Quadt: Y por esta misma razón, la evolución de la tecnología de automatización está lejos de terminar. En el futuro, se utilizará mucho más la inteligencia artificial y los algoritmos predictivos para analizar y optimizar las operaciones. La visión bidimensional que tenemos ahora probablemente se extenderá a múltiples dimensiones.

Industria 4.0, IIoT y Big Data: la automatización industrial se está adentrando lentamente pero seguramente en el ámbito de las tecnologías de la información. ¿Qué posibilidades y riesgos ven que surjan a partir de esto?

Schleef: En este momento estamos recolectando muchos datos, pero no estamos haciendo nada con ellos, y eso es un problema. La pregunta es: ¿a quién pertenecen los datos de fabricación? ¿Pertenecen a la empresa de fabricación o al fabricante de la máquina? Compartir datos también implica ceder información sensible, algo a lo que muchas empresas se resisten.

Jürgen Berger: Y la infraestructura de tecnología de la información en las pequeñas y medianas empresas generalmente no es tan sólida como debería ser. La implementación de nuevas tecnologías abre simultáneamente la puerta a ataques externos, por lo que las empresas también tienen que comenzar a protegerse de estos. Muchos se preocupan por esta vulnerabilidad al introducir la automatización, ya que los ciberataques pueden detener la producción, por ejemplo. Sin embargo, se trata menos de procesos individuales y más de una disposición fundamental a aceptar este riesgo.

Eick: La seguridad informática es el área que cambia más rápidamente en la automatización industrial. Las empresas no pueden tratar esto como un tema único. En cambio, deben mantenerse alerta y necesitan ayuda externa para hacerlo.

Quadt: Es cierto. La ciberseguridad requiere muchas personas altamente calificadas y expertas. Pero una vez implementada, la automatización abre enormes oportunidades, muchas de las cuales aún desconocemos por completo. Hay conexiones que aún no vemos porque son extremadamente complejas. Los algoritmos avanzados y el aprendizaje automático nos permiten comprender mejor la complejidad y reconocer patrones que antes desconocíamos.

Durante mucho tiempo, la automatización fue exclusiva de las grandes empresas. ¿Cómo se puede hacer accesible también a las pequeñas y medianas empresas?

Schleef: El nivel de automatización tiende a ser más alto en las grandes empresas que en las pequeñas y medianas. Pero la falta de inversión en automatización puede convertirse en un problema de manera eventual, por ejemplo, cuando la productividad sufra y una empresa pierda su ventaja competitiva. En este aspecto veo un enorme potencial en la robótica, en particular en los cobots: se están explotando sus enormes posibilidades de aplicación, y los robots se están volviendo más baratos y fáciles de usar. La mayoría de las personas no se dan cuenta de lo sencillo que es programar un cobot. Y a través del "aprendizaje por imitación", los robots también se enseñan muchas cosas por sí mismos.

Quadt: El primer obstáculo que muchas empresas enfrentan son los altos costos. Estos son inevitables, pero se amortizan rápidamente, ya que los operadores están ansiosos por maximizar el uso de sus máquinas. La mejor máquina no es necesariamente aquella optimizada para realizar un solo trabajo rápidamente y de manera eficiente. Una máquina que sea lo suficientemente flexible como para realizar varios trabajos puede ser más apropiada.

Schleef: Eso es muy cierto. Incluso los grandes fabricantes, por ejemplo, en la industria del automóvil, están invirtiendo cada vez más en conceptos innovadores en lugar de líneas de ensamblaje altamente especializadas. Uno de estos conceptos es la llamada producción en matriz, donde los productos siguen caminos flexibles entre celdas de producción, lo que permite un mejor mapeo de diversas variantes. Este enfoque también es interesante para las pequeñas y medianas empresas que fabrican cantidades más pequeñas.

Eick: La flexibilidad de la Industria 4.0, donde tamaños de lote tan pequeños como 1 son económicamente viables, inevitablemente conlleva una eficiencia ligeramente menor. Las pequeñas y medianas empresas no necesitan rediseñar toda su planta de producción de una vez. En cambio, pueden comenzar con una solución aislada con tecnología de accionamiento descentralizada o reemplazar sistemas y componentes individuales. Esto les permite familiarizarse gradualmente con la automatización.

Schleef: Muchas empresas no tienen idea de cómo optimizar su parque de máquinas más allá de su nivel actual de automatización, ya sea a través de una mayor digitalización, una mayor grabación de datos de medición y calidad o inteligencia artificial. Pero si lo hacen, se abren muchas puertas nuevas, incluso para sistemas que se creía que ya funcionaban al máximo rendimiento. Hay programas de apoyo público, como los llamados "Quick Checks", que las empresas pueden utilizar para analizar y evaluar sus fábricas en el transcurso de unos pocos días.

Sangel: Antes, el tiempo y el costo de conectar y cablear la tecnología de automatización eran enormes, lo cual era desalentador para muchos fabricantes de máquinas. Sin embargo, en la actualidad, todo está preconfigurado y ensamblado, lo que facilita mucho las cosas.

La automatización industrial siempre se asocia con la pérdida de empleos. ¿Es esto cierto?

Schleef: A algunas personas les gusta afirmar que el objetivo de la automatización es reducir costos mediante la reducción de personal. Pero esta argumentación no es convincente: hay muchas profesiones en las que las empresas encuentran dificultades para contratar a cualquier persona, y esto casi las obliga a seguir el camino de la automatización. En lugar de ser una amenaza, la automatización es una garantía de empleo. Muchas actividades no serían posibles si la automatización no compensara la falta de personal.

Quadt: Las industrias automatizadas también necesitan profesionales cualificados, a veces incluso más que antes. La especificación del trabajo simplemente es diferente. La industria de los oficios cualificados se encuentra en una situación similar. En mi opinión, los políticos deben hacer más aquí para abordar esta escasez.

Berger: Eso es exactamente lo que pienso. Aquí en Alemania, por ejemplo, dependemos de la inmigración, por lo que deberíamos hacer un mayor esfuerzo para integrar a personal cualificado extranjero. Hay mucho por hacer en este aspecto.

Eick: Pero la escasez de habilidades no es exclusiva de Alemania. También estamos encontrando cada vez más difícil contratar personas adecuadas para varios empleos en otros países, por ejemplo, en Europa del Este.

Quadt: La automatización tiene otro gran punto a favor: elimina la necesidad de que las personas realicen trabajos agotadores, monótonos o peligrosos que nadie quiere o está autorizado a hacer. Debemos aprovechar otras fortalezas de las personas, como su flexibilidad. Como sociedad, es nuestra responsabilidad fomentar las cualificaciones y el desarrollo profesional en lugar de preservar trabajos y actividades obsoletas. Nuestra prosperidad en Europa Central no depende de materias primas, sino de tecnologías y nuestra capacidad para desarrollarlas y explotarlas.

En el futuro, las empresas deberán hacer que su producción y logística sean más inteligentes y más respetuosas con el medio ambiente, es decir, más sostenibles. ¿Cómo puede ayudar la automatización en esto?

Sangel: Hay fabricantes de máquinas de moldeo por inyección, por ejemplo, que ahora utilizan servomotores en lugar de energía hidráulica para sostener sus herramientas. La gran ventaja de esto es que el servomotor solo necesita energía cuando se mueve, mientras que un sistema hidráulico necesita energía todo el tiempo. Los grandes fabricantes a menudo utilizan docenas de estas máquinas. El potencial de ahorro de energía es enorme. Hay estudios que muestran que reemplazar los sistemas neumáticos e hidráulicos con tecnología de automatización eléctrica reduce el consumo de energía en un diez por ciento. La producción de aire comprimido es muy intensiva en energía y, además, existe la posibilidad de fugas. Además, los pequeños accionamientos servo son considerablemente más fáciles de automatizar que los cilindros de aire comprimido.

Eick: En cuanto a los cables, los cables híbridos son una forma inteligente de ahorrar recursos. La energía y los datos se combinan en un solo cable. Esto significa que solo necesito uno en lugar de dos cables, lo que ahorra en materiales de fabricación. Además, hay muchos otros componentes como cadenas portacables y acoplamientos que se pueden dimensionar de manera más pequeña y eficiente. Por lo tanto, contribuimos a un entorno más ecológico con nuestros productos.

Quadt: Las máquinas y componentes con una larga vida útil también contribuyen a la sostenibilidad. Por ejemplo, una caja de engranajes se puede utilizar durante varias décadas. En cambio, los equipos electrónicos tienden a volverse obsoletos más rápidamente. Por lo tanto, el objetivo debe ser desarrollar estrategias para mejorar la vida útil, por ejemplo, mediante actualizaciones o mejoras en lugar de reemplazar los dispositivos.

Sangel: Y esto nos lleva al tema de las actualizaciones, que también es un paso hacia una mayor sostenibilidad. En la construcción de máquinas herramienta, por ejemplo, vale la pena modernizar las máquinas antiguas, ya que las partes mecánicas todavía tienen mucha vida útil. Cuando se reemplaza la tecnología de automatización, a menudo se obtiene una máquina mucho más eficiente a una fracción del costo de una nueva.

Quadt: En el futuro, debemos desarrollar tecnología de automatización que respalde una economía circular. Las materias primas como los imanes y algunas tierras raras o no habituales son costosas. Algunas de ellas son muy difíciles de obtener y otras solo se pueden encontrar en áreas críticas. Por lo tanto, es cada vez más importante pensar en procesos como el desmontaje y el reciclaje de estos materiales desde las primeras etapas de diseño de un nuevo producto.

Muchos sectores de la industria están ahora completamente automatizados. ¿Dónde ves todavía posibilidades y qué nuevas aplicaciones tienes en mente para el futuro?

Berger: El mantenimiento predictivo, es decir, el mantenimiento de maquinaria y equipos a través del monitoreo de condiciones y el análisis de datos, es un tema importante. En teoría, esto ya se puede hacer hoy en día, pero en la práctica no se realiza, y a menudo por razones simples: por ejemplo, porque no se han definido los datos de medición relevantes. A veces hay dificultades para preparar los datos. O puede haber problemas para definir los criterios de evaluación, algo que es muy complejo y que se debe hacer para cada aplicación individual.

Quadt: Hay tantas interconexiones relacionadas con maquinaria y equipos que algunas ni siquiera conocemos. La única forma de avanzar aquí es crear una cultura de medición y registrar tantos parámetros medibles como sea posible. Los algoritmos inteligentes pueden determinar más tarde cuáles son relevantes. Debe quedar claro al cliente: ¡tenemos una idea pero no la solución! Debemos trabajar juntos para encontrarla. Muchas empresas son conscientes del monitoreo de condiciones y el mantenimiento predictivo, pero a menudo falta una parte clave.

Schleef: No debemos olvidar las muchas posibilidades de automatización en el taller de ensamblaje. Aquí, muchos trabajos todavía se hacen a mano y podrían ser realizados por cobots. También se está produciendo una automatización masiva en actividades de oficios cualificados, como en la industria de la construcción. Otra tendencia son las herramientas digitales como las gafas de datos y las gafas HoloLens, que, entre otras cosas, brindan soporte remoto a los empleados durante la puesta en marcha o el mantenimiento al proporcionarles información e instrucciones.

Quadt: En cualquier caso, los seres humanos y las máquinas se están acercando y están mejor conectados entre sí. El mantenimiento en un entorno semivirtual es un ejemplo de esto. Muchas actividades se pueden realizar más rápido, de manera más efectiva y con menos errores. Ya existen diseños virtuales de maquinaria y equipos, por ejemplo, pero en el futuro también será posible ponerlos en marcha virtualmente. Se están descubriendo posibilidades de optimización incluso antes de que el equipo haya sido construido físicamente. Estoy convencido de que el desarrollo de la automatización industrial todavía está en pañales.

Sobre los participantes:

Matthias Eick ha sido gerente de segmento global en HELUKABEL desde 2014 y está a cargo de la automatización y la tecnología de accionamiento. Nacido en Baja Sajonia, Alemania, ha estado activo en el sector de cables durante 17 años.

Jürgen Berger es un empleado de toda la vida de HELUKABEL y ha trabajado en la empresa durante 25 años. Es responsable de los productos de tecnología de datos, redes y bus.

Frank Sangel es el fundador y director gerente de Sangel Systemtechnik GmbH, que se unió al Grupo HELUKABEL en 2022. La empresa tiene su sede en Bielefeld, Alemania, y es un fabricante líder de conjuntos de cableados y módulos de sistemas para la ingeniería de maquinaria y plantas.

Steffen Quadt es gerente de producto en SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG en Bruchsal, Alemania. Después de completar su carrera dual en mecatrónica, trabajó como ingeniero de tecnología de accionamiento en I+D de tecnología de sensores e integración digital de motores durante 16 años.

Martin Schleef es gerente de división de maquinaria e ingeniería de plantas en el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA en Stuttgart. El ingeniero de procesos graduado trabajó para varias empresas internacionales, incluidas algunas en el sector de la electrónica, antes de dedicarse por completo a la investigación aplicada.

By URKUNDE, 26-06-2023