Industria 4.0, el detonante del cambio en el sector automotriz

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La imaginación se queda corta ante la sorprendente transformación que anuncia la Industria 4.0, la Cuarta Revolución Industrial que fundirá en uno solo los mundos físico y digital. El sector automotriz ya implementa algunas acciones para hacer frente a este desafío, pero la realidad es que aún no vislumbramos siquiera la proporción de su impacto.
 
El sector automotriz global está cambiando a un ritmo difícilmente imaginable poco tiempo atrás. La aparición de tecnologías disruptivas, nuevos materiales, el cambio en los hábitos de consumo, distintos trenes de potencia, nuevos hábitos de uso vehicular y la entrada de insólitos jugadores en el mercado tradicional, son sólo algunos de los retos novedosos.
Éstos, junto a los ya conocidos del sector: innovación continua, excelencia operacional, eficiencia de activos, atracción, desarrollo y fidelización de talento, etcétera, sitúan a todos los actores de la cadena en un nuevo terreno de juego al que hay que adaptarse, no sólo para obtener mayores márgenes sino simplemente para sobrevivir.
México es uno de los mercados automotrices más dinámicos del mundo en la actualidad por lo que el gradiente de cambio debe ser aún mayor. Por primera vez en nuestra historia somos capaces de captar más inversión extranjera directa para el sector que China, aunque producimos menos de la quinta parte de automóviles que el gigante asiático.
Existe la percepción de que México debe avanzar por la senda de generar valor en la industria y pasar de ser un mero maquilador y operador de cadena de suministro a ofrecer más servicios de ingeniería, diseño y tecnología. Ello permitiría aumentar el peso específico del país en los centros de decisión de la industria, a la vez que retendría más valor agregado para mejorar la riqueza y competitividad del país. Se requerirá un número mayor de campeones locales capaces de competir en entornos globales, que actúen como tractores del desarrollo de la industria.
Se considera que el modelo de producción nacional, basado en el bajo costo de la mano de obra no es sustentable a largo plazo; especialmente en entornos de elevados gastos energéticos, logísticos y de comunicaciones. Urge crear una visión ampliada del sector en la que, además de los fabricantes, haya una verdadera implicación de las instituciones gubernamentales y educativas de cara a soportar el desarrollo de procesos de innovación (modelo triple hélice) y de generación de talento que permitan aumentar el valor del producto mexicano a escala global.
A nivel mercado, vislumbramos un periodo de fuerte expansión con el arribo de nuevos actores en toda la cadena. El bono poblacional aumentará la demanda interna y, unido a la debilidad del peso y los tratados de libre comercio que facilitan la exportación, harán que el umbral de los 5 millones de unidades producidas pueda ser realidad antes de 2020.
El mercado evoluciona de manera muy rápida, no sólo con nuevas tecnologías o tendencias (nuevos jugadores en la industria, nuevos modos de propulsión, aligeramiento de peso, conectividad, automatización, autonomía, materiales…) sino también en las operaciones, con el concepto de Industria 4.0, lo que exigirá extremada atención por parte de todos los actores para no descolgarse.
Este artículo aborda tal concepto, cada vez más conocido, pero escasamente aplicado en su totalidad, y cómo afecta al sector automotriz en su conjunto.
 
ANTE LA CUARTA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL 
Desde hace muchos años, los procesos manufactureros han ido evolucionando lenta pero progresivamente hasta alcanzar niveles de performance relativamente elevados. Hasta el momento tenemos clara conciencia de tres revoluciones industriales:
 

  1. La introducción de los sistemas de producción mecánicos con tracción hidráulica y de vapor.
  2. La producción en serie, la división del trabajo y el uso de sistemas eléctricos, neumáticos y de control.
  3. La incorporación de la microelectrónica y la informática para la automatización.

 
Pero hay una Cuarta Revolución en la puerta, cuyos ladrillos fundamentales estamos empezando a descubrir y enumerar: internet de las cosas (IoT), robótica avanzada y colaborativa, big data y analítica avanzada, la nube, impresión 3D, smart grids, sistemas ciber-físicos, logística flexible, inteligencia artificial… pero cuyo impacto –cuando seamos capaces de unirlos todos– será el de mayor calado que la industria haya visto.
La lógica detrás de esta revolución es la unión real entre los mundos físico y digital, entre los activos de producción, los data que generan, el tratamiento que se les dé y el retorno –en forma de acción– del mundo digital al mundo físico.
La creación de redes inteligentes autogestionadas, la desaparición de inventarios físicos, la auto-prevención de fallos de los equipos, auto-reparación, auto-operación/optimización, o la personalización masiva, serán sólo algunos aspectos con los que trabajaremos en un futuro cada vez más cercano.
Las consecuencias del cambio alterarán sin duda el orden tradicional de las cosas. Y no sólo a nivel proceso. Veremos cadenas de fábricas actuando a la vez, se reducirán los inventarios físicos, lo que transformará la cadena logística tradicional en una red logística digital, reduciendo –entre otras mejoras– la huella de carbono; asistiremos también a la desaparición de puestos de trabajo y a la creación de nuevas profesiones ligadas al cambio y a sus herramientas…
El futuro está aquí, pero lo cierto es que el grado de desarrollo de todas las tecnologías necesarias para accionar esta revolución no permitirá avances homogéneos significativos con rapidez. Veamos algunos componentes de esta revolución.
 
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INTERNET DE LAS COSAS (IoT) Y SMART GRIDS
La ley que Gordon Moore enunció en 1965 dice que aproximadamente cada dos años se duplicaría el número de transistores en un circuito integrado, bajando los precios en proporción. Aunque el propio Moore aclaró que su ley dejaría de tener validez entre 2015 y 2020, ha sido razonablemente correcta hasta hoy.
El abaratamiento de la potencia de computación hace que cada vez más dispositivos (cosas) dispongan de procesadores para captar datos y comunicarse con su entorno a través de internet, lo que posibilita el desarrollo de redes inteligentes (smart grids). Con una previsión de 70 billones de aparatos conectados a la red en 2020, nos podemos hacer a la idea de lo que está por venir.
Los OEM (Original Equipment Manufacturer, fabricantes de equipamiento original) podrán dar un paso más a sus plantas altamente automatizadas con PCL (Printer Command Language, lenguaje de descripción de páginas para impresoras láser), PID (mecanismos de control por realimentación, muy usado en sistemas de control industrial) y otros sistemas automáticos y de control tradicionales.
 
INFRAESTRUCTURA, COMUNICACIONES Y CLOUD
Transmitir, almacenar y gestionar tantos datos supondrá un esfuerzo de proceso y capacidad que exigirá desarrollar nuevos paradigmas y modelos de centros de datos y sistemas de comunicación. Veremos emerger una nube con capacidades renovadas y mayor dimensión. La seguridad, disponibilidad y calidad de servicio se volverán fundamentales en este nuevo entorno.
El crecimiento de la infraestructura de comunicaciones facilitará el compartir información y decisiones de modo que podremos sincronizar diferentes procesos productivos de punta a punta, que no necesariamente sean de la misma titularidad. Redes de fábricas trabajando juntas para satisfacer una demanda cada vez más hambrienta de productos personalizados.
Este tráfico incesante de datos de ida y regreso generará sin duda importantes retos en ciber seguridad.
 
BIG DATA, ANALYTICS Y COGNITIVE COMPUTING
La ingente cantidad de datos capturados en tiempo real sobre la operación generará un enorme torrente de información (big data) que podrá ser modelizada a través de analítica avanzada y empleada para la mejora de los propios procesos, dando pie a niveles de mejora desconocidos hasta hoy, mucho más allá de las redes neuronales o la lógica difusa.
La combinación de distintos talentos (expertos en mejora de procesos con científicos que manejan datos) llevará la productividad a nuevos límites. Los datos serán el alimento de las máquinas que, programadas inicialmente por un ser humano experto, tendrán la capacidad de resolver problemas complejos y multivariables para operar y optimizar la instalación productiva de manera completamente autónoma.
Los sistemas de planificación operativa de la fabricación, planificación de rutas de producción, gestión de incidencias…, en general la mayoría de las decisiones «humanas», serán remplazadas por sistemas inteligentes que, además, optimicen el rendimiento de la planta en tiempo real.
Veremos cómo ciertos componentes de la planta organizan entre sí su trabajo, sin intervención humana, para hacerse cargo de las tareas que reciben de las unidades de control superiores. Estos módulos mecatrónicos o sistemas ciberfísicos, con inteligencia propia, recogerán los datos, se comunicarán con la red y tomarán decisiones.
Los datos empleados como materia prima para la toma de decisiones tienen utilidad por sí mismos y generarán nuevas fuentes de ingreso (por ejemplo, vender los datos a los proveedores de las máquinas y mejorar sus procesos).
El piso de fabricación también está incluido en esta revolución, con importantes aspectos a considerar tanto por los OEM como por el sector de proveeduría; destacamos, entre otros, los siguientes:
 
NUEVOS MATERIALES, MÚLTIPLES USOS
La ciencia de materiales avanza sin detenerse desde la década de los 60. La primera generación de estos materiales (espumas con memoria, fibra de carbono, nano materiales, recubrimientos ópticos…) ya son de uso común. Conforme se crean nuevos, los más antiguos se hacen accesibles a todo tipo de público y para todas las aplicaciones. Un fabricante automotriz japonés acaba de desarrollar una tejedora de fibra de carbono que puede tejer objetos tridimensionales sin costura.
La tecnología para fabricar baterías, por ejemplo, ha experimentado drásticas mejoras en rendimiento a lo largo de la última década como resultado de las innovaciones de la ciencia de materiales. Los avances en química y ciencias de materiales permitirán incrementos interanuales de entre 8 y 9% en la densidad energética de las baterías.
Otros materiales recientes como los nanotubos de carbono, tienen una de las resistencias a la tracción más altas de cualquier material y sirven como los mejores conductores tanto de calor como de electricidad. Pueden cargar cuatro veces más energía que el cobre y retienen las características físicas de un pedazo de hilo.
Materiales dinámicos como los polímeros electro activos (polímeros que cambian de forma cuando son expuestos a una carga eléctrica) o bimetales térmicos (metales que cambian de forma conforme cambia la temperatura) han demostrado tener potencial para múltiples usos en la industria.
 
ROBOTS COLABORATIVOS
Los robots industriales se utilizaban para realizar tareas que requerían fuerza excepcional y precisión, como mover artículos pesados, soldadura y transporte de material. Demandaban una inversión inicial fuerte y capacidades de programación, además, normalmente se encontraban anclados al piso y enjaulados, como medida de seguridad para los humanos que trabajaban en sus alrededores. El uso de robots industriales estaba limitado a la manufactura a gran escala.
La ecuación era simple: robots caros y mano de obra barata favorecían al ser humano como activo en la industria. La ecuación está cambiando a toda velocidad. El salario mínimo en el área de Shenzhen al sur de China, ha subido 64% en los últimos cuatro años.
Algunos analistas estiman que, para 2019, los costos de mano de obra por hora en China serán el equivalente a 177% de aquellos en Vietnam y 218% de la India. Con estas previsiones no es sorprendente que la venta de robots industriales creciera casi 60% en China en 2013. En 2014, China se volvió el mayor comprador de robots industriales, adquirió más de 36 mil.
La nueva ecuación es: robots baratos y mano de obra cara. Esto no va a favorecer al ser humano como activo en la industria. A diferencia de los robots industriales del pasado, por ejemplo «Baxter», un robot multiuso desarrollado por Rethink Robotics, se puede adquirir por 22 mil dólares y trabaja con seguridad al lado de los humanos. El uso de estos robots reemplaza la programación tradicional, reservada a ingenieros de alto costo; con instrucciones sencillas y visuales permite ser reprogramado para otras tareas simplemente con mover sus brazos para copiar la nueva pauta.
Aunque los robots no reemplazarán la mano de obra humana en la manufactura en el futuro inmediato, están listos para abarcar una porción creciente del piso de fabricación. Esto seguramente reducirá el número de empleos humanos de bajo salario y baja destreza y generará un número menor de empleos especializados de alto salario en programación y mantenimiento.
 
IMPRESIÓN 3D
La manufactura aditiva, mejor conocida como impresión 3D, engloba al menos siete tecnologías de fabricación que crean objetos por adición de capas de materiales en lugar de otras técnicas (llenado, vaciado…). La impresión 3D se inventó hace más de 30 años, pero se desarrolló lentamente y hasta hace apenas tres años empezó su auge exponencial.
Aunque se empleó principalmente en etapas de prototipado hoy se está expandiendo a otras fases en el proceso de manufactura. El desarrollo de moldes es una de las etapas que consumen más tiempo y costo del proceso de producción en el sector automotriz y obliga a los fabricantes a producir grandes series para amortizarlos. Por el contrario, la inversión inicial para desarrollar y producir piezas en 3D es mínima, porque no es necesario desarrollar costosos moldes y porque los costos de los equipos y materiales de impresión decrecen con rapidez y hacen esta tecnología cada día más competitiva.
En un mundo más complejo (muchas series de producción de menos unidades y personalizadas), las tecnologías para la producción en masa se convierten más en freno que en ventaja.
Además, la complejidad no es una limitante para la impresión 3D, de hecho, el costo de imprimir un diseño complejo es menor que el de imprimir un bloque sólido, ya que requiere menos tiempo y material. Cuando la carga de producción se transfiere del mundo físico al digital, los ingenieros pueden diseñar formas intrincadas, antes imposibles de producir, y los fabricantes ganan en productividad, calidad y menor costo al eliminarse operaciones de ensamble y ajuste necesarias en otras tecnologías.
La impresión 3D tiene todavía amplio margen de mejora en términos de velocidad, variedad de material utilizable y precisión; no obstante muchas industrias ya la utilizan para producir series cortas (por ejemplo, refacciones) y desprenderse de la necesidad de acarrear inventarios. A medida que avance la tecnología, la impresión 3D ocupará terrenos reservados antes (por motivos económicos) a las tecnologías tradicionales de fabricación para producir incluso grandes series de productos estándar en cualquier tipo de material.
 
LOGÍSTICA FLEXIBLE
Al igual que Toyota revolucionó los sistemas de producción masivos, la personalización extrema será el nuevo mantra industrial. Las fábricas van a explotar su complejidad (para deleite de las áreas comerciales y de marketing), que no se puede abordar con los paradigmas tradicionales de fabricación. Se requerirá, entre otras cosas, una «logística flexible» dentro de la planta que permita cambios rápidos en función de las necesidades de la demanda. La robótica móvil, la impresión 3D en línea (o desacoplada a través de un supermercado) o los módulos flexibles de producción, capaces de reconocerse entre sí gracias a sistemas ciberfísicos o CPS (ciber-physical systems), serán parte esencial del nuevo escenario fabril.
Esta breve descripción de algunos elementos fundacionales de la revolución de la Industria 4.0 es sólo la punta del iceberg del reto que enfrentan los fabricantes en general y el sector automotriz en particular. Es cierto que los fabricantes interesados del sector ya están generando aplicaciones prácticas de primer nivel en algunas de estas tecnologías, pero el desarrollo completo y –sobre todo– extendido a todo el sector, sigue siendo el reto en mayúsculas que enfrenta la industria.
Muchas preguntas surgen al calor de estos avances. Dudas acerca de la ética, del futuro del mercado laboral tal como lo conocemos ahora, del nuevo papel de los sindicatos, de los modelos de distribución del valor… dudas que iremos superando y preguntas que iremos resolviendo a medida que seamos capaces de dominar la tecnología. El reto está ahí y sacudirá los cimientos de la industria automotriz como nunca hasta ahora. Como en todas las revoluciones, se tratará de adaptarse o morir.

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