IoT en la fabricación: lo que necesita saber by@itrex
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IoT en la fabricación: lo que necesita saber

2022/06/06
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Una encuesta reciente de McKinsey revela que los fabricantes que lograron la transición a la Industria 4.0 antes de la pandemia se sintieron mejor equipados para manejar la crisis. McKinsey espera que el sector industrial de IoT [alcance los $ 500 mil millones para 2025]. Cisco cree que esta industria estará entre las mayores beneficiarias del Internet de las Cosas en la fabricación, ya que la tecnología tendrá un enorme impacto de 3,9 billones de dólares en este sector. El concepto de fábrica inteligente se basa en otras tecnologías, como [inteligencia artificial] (IA), visión por computadora, big data y diferentes tipos de automatización.

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Una encuesta reciente de McKinsey revela que los fabricantes que lograron la transición a la Industria 4.0 antes de la pandemia se sintieron mejor equipados para manejar la crisis. De hecho, el 94 % de los encuestados confesó que IoT en la fabricación, junto con otras tecnologías, desempeñó un papel clave para mantener sus operaciones en funcionamiento durante estos tiempos turbulentos.

La investigación demuestra que la implementación de soluciones y servicios de IoT no solo puede ayudar al sector industrial a superar la crisis posterior a la pandemia, sino también mejorar la tasa de crecimiento empresarial en alrededor de un 25 %.

Siga leyendo para descubrir las aplicaciones de IoT en la fabricación y los desafíos que podría esperar si se propone actualizar sus instalaciones de fabricación con IoT.

La adopción de IoT en la fabricación en cifras

La digitalización ha ganado popularidad en el sector manufacturero en los últimos años y se espera que esta tendencia continúe. Por ejemplo, se pronostica que el mercado de fabricación inteligente se disparará de alrededor de $ 250 mil millones en 2021 a $ 658 mil millones para 2029.

El concepto de fábrica inteligente seguramente no se limita al Internet de las cosas. También se apoya en otras tecnologías, como la inteligencia artificial (IA), la visión artificial, el big data y diferentes tipos de automatización. Pero incluso si nos enfocamos únicamente en IoT, podemos ver que esta tecnología es prometedora. McKinsey espera que el sector de IoT industrial alcance los $ 500 mil millones para 2025 (frente a $ 290 mil millones en 2020).

El crecimiento del mercado global IIoT. Fuente: Mc Kinsey

El crecimiento del mercado global IIoT. Fuente: Mc Kinsey

Con un pronóstico aún más brillante para el Internet de las cosas en la fabricación, Cisco cree que esta industria estará entre los mayores beneficiarios del IoT en el futuro cercano, ya que la tecnología tendrá un enorme impacto de 3,9 billones de dólares en este sector.

Impacto económico del IoT en diferentes sectores. Fuente

Impacto económico del IoT en diferentes sectores. Fuente

Pero, ¿qué dicen los fabricantes? Según una encuesta reciente realizada entre empresas industriales por PwC, el 91 % de los encuestados estaba invirtiendo en fábricas digitales y casi la mitad de los participantes esperaba un retorno de la inversión después de cinco años, mientras que el 3 % esperaba una recuperación rápida dentro del primer año.

ROI esperado de la inversión en la fábrica digital. Fuente: [PwC]

ROI esperado de la inversión en la fábrica digital. Fuente: [PwC]

Los 6 principales casos de uso de IoT en la fabricación

IoT transforma el sector manufacturero en tres dimensiones:

  1. Seguimiento de activos industriales
  2. Garantizar la seguridad
  3. Habilitación del mantenimiento predictivo
  4. Experimentar con cambios de procesos y diseños de productos.
  5. Ganar visibilidad en la cadena de suministro de fabricación
  6. Monitoreo de operaciones remotas y subcontratadas

Seguimiento de activos industriales

Information Technology & Innovation Foundation (ITIF) informa que las soluciones de IoT que monitorean el uso de las máquinas pueden aumentar la productividad de fabricación hasta en un 25 %.

Los dispositivos IoT agregan datos de la maquinaria de la fábrica y los transmiten a la nube para realizar un análisis detallado y generar información sobre los parámetros de uso de la máquina, como el tiempo de configuración, el tiempo de inactividad y las paradas menores, entre otros. Esto brinda a los operadores de máquinas una vista detallada del rendimiento y les notifica sobre posibles problemas, por ejemplo, si una máquina está inactiva durante demasiado tiempo mientras otra máquina con una funcionalidad similar está sobreutilizada.

Además, los empleados pueden usar IoT en la fabricación para ubicar rápidamente artículos en grandes almacenes. Richard Soley, director ejecutivo de The Industrial Internet Consortium, destacó este problema al decir: “El cliente descubrió que sus trabajadores dedicaban el 47 % de su tiempo a buscar las herramientas adecuadas, pero con una solución de IIoT, se le podía decir al trabajador que el herramienta que necesitaban estaba 10 metros detrás de ellos y a la izquierda”.

Para la visibilidad de activos en tiempo real, puede equipar artículos con etiquetas RFID o Bluetooth. Robert Schmid, tecnólogo jefe de Deloitte Digital, informó que uno de sus clientes ahorró $3 millones al año en cada una de sus líneas de producción después de instalar sensores de seguimiento de ubicación en sus equipos.

Garantizar la seguridad

Los sensores IoT pueden rastrear las condiciones de trabajo y detectar fugas de materiales peligrosos. Por ejemplo, los sensores de gas pueden detectar humos tóxicos, notificando oportunamente a un gerente del lugar de trabajo que puede evacuar a los empleados y minimizar los daños.

Otro caso de uso de IoT en la fabricación es la protección de los empleados. El Departamento de Trabajo de EE. UU. informó 4764 lesiones fatales relacionadas con el trabajo solo durante 2020. El uso de dispositivos portátiles en la planta de producción podría ayudar a las fábricas a abordar este problema desalentador. Los dispositivos portátiles pueden recopilar datos sobre el estado de salud de los trabajadores. Pueden capturar los datos biométricos de las personas, como la frecuencia cardíaca y la temperatura corporal, y detectar e informar cualquier patrón inusual. Esto ayuda a los gerentes de turno a detectar a los trabajadores que no se sienten bien y que son particularmente susceptibles a caídas y otras lesiones.

Un ejemplo de IoT en la fabricación proviene de Nation Waste, Inc., una empresa de reciclaje de desechos. La empresa es muy consciente de los peligros que las sustancias tóxicas y la maquinaria pesada representan para la salud humana. Nation Waste equipó a sus empleados con soluciones portátiles IBM Watson IoT y sensores instalados en el lugar de trabajo. Esto permitió a los gerentes detectar cualquier signo de fatiga, deshidratación y agotamiento entre los empleados y actuar en función de esta información. Esta iniciativa condujo a una reducción del 60 % en los costos relacionados con las lesiones .

Habilitación del mantenimiento predictivo

Los grandes fabricantes pierden alrededor de 323 horas de producción al año debido al tiempo de inactividad del equipo. Si sumamos la pérdida de ingresos y las posibles sanciones económicas por no cumplir con los plazos, los costos asociados con las fallas de la maquinaria pueden ascender a $532 000 por hora para las grandes plantas de producción. Emplear IoT en la fabricación puede detectar el mal funcionamiento de los equipos en las primeras etapas, minimizando el tiempo de inactividad y, según McKinsey, reduciendo los costos de mantenimiento en aproximadamente un 40 %.

Los sensores de IoT instalados en equipos industriales recopilarán datos relacionados con el rendimiento, incluida la presión, la vibración, etc., en tiempo real. Esta información se transmite a la puerta de enlace o directamente a la nube y se combina con los datos de configuración de la máquina y su historial de uso para detectar cualquier patrón anormal. Los gerentes de planta tendrán acceso al análisis y programarán más inspecciones y mantenimiento para que el impacto en el proceso de producción sea mínimo.

Un ejemplo son los neumáticos de camión habilitados para IoT, donde los sensores recopilan datos sobre la utilización de los neumáticos para programar el mantenimiento y el reemplazo, evitando la situación en la que el neumático explota durante un viaje de transporte, deteniendo el vehículo y retrasando la entrega. Volvo equipó sus camiones con sensores IoT , lo que condujo a una reducción del 70 % en el tiempo de diagnóstico y una reducción del 25 % en el tiempo de reparación.

Además de reducir el tiempo de inactividad, el mantenimiento predictivo aumenta la vida útil del equipo, reduce los costos y reduce el riesgo de accidentes. Es un sustituto más eficiente y seguro del mantenimiento tradicional con inspecciones programadas, especialmente porque a veces las máquinas de fabricación no son fácilmente accesibles y no es seguro estar cerca de ellas.

Experimentar con cambios de procesos y diseños de productos.

IoT para la fabricación se puede implementar junto con IA y otras tecnologías para crear gemelos digitales de nuevos productos y fábricas completas. Un gemelo digital es un modelo informático de una maquinaria en particular, un proceso o toda la planta de producción con todos sus equipos y otros activos. Imita el estado y las interacciones de los componentes del mundo real. Los gerentes e ingenieros pueden usar esta tecnología para realizar experimentos, probar nuevos procesos y observar las consecuencias antes de aplicar los cambios en la vida real.

Los gemelos digitales pueden ayudar a simular nuevas líneas de producción y detectar áreas que necesitan optimización, planificar diseños de almacenes, ejecutar actualizaciones de productos y optimizar procesos existentes para eliminar ineficiencias. Unilever, un fabricante británico de bienes de consumo, opera ocho gemelos digitales de fábricas ubicadas en EE. UU., Europa y Asia. Junto con la inteligencia empresarial, la tecnología permitió a la empresa reducir la cantidad de alertas que requerían presencia física en la fábrica en un 90 % por día.

Los equipos de fabricación también pueden usar gemelos digitales para experimentar con un producto. Por ejemplo, Ford suele desarrollar siete modelos virtuales para cada uno de sus vehículos. Cada modelo cubre un aspecto de producción diferente.

Ganar visibilidad en la cadena de suministro de fabricación

Las soluciones de gestión de la cadena de suministro impulsadas por IoT otorgan a los fabricantes acceso a información en tiempo real sobre la ubicación y el estado de los artículos individuales, así como de los camiones de reparto. Las partes interesadas también pueden monitorear las circunstancias del almacenamiento y la entrega de los artículos, como la humedad, la temperatura, etc. Con la cadena de suministro convencional, los gerentes pueden ver que los artículos se dañan solo después de que se entregan. Pero con la fabricación inteligente de IoT, se hizo posible detectar cualquier daño o violación de las recomendaciones de almacenamiento mientras el artículo aún está en transición y desencadenar ajustes de condición.

Por ejemplo, piense en una empresa farmacéutica que entrega un pedido a un centro de distribución utilizando controladores de terceros. Los artículos sensibles a la temperatura se colocan en un contenedor con sensores adjuntos. Si el sistema de enfriamiento falla, los sensores detectarán el aumento de temperatura y notificarán de inmediato a la compañía farmacéutica sobre las violaciones de las condiciones de almacenamiento. La empresa se pondrá en contacto con el conductor para pedirle que reinicie el sistema de refrigeración, evitando así el posible deterioro del medicamento.

Un ejemplo de un sistema impulsado por IoT de este tipo es Efento Transport , que garantiza el envío seguro de vacunas y medicamentos que requieren un control continuo de la temperatura. Los sensores inalámbricos leen y transmiten datos de temperatura. El sistema monitorea los valores y alerta a las partes involucradas si las lecturas exceden los umbrales predefinidos.

Los fabricantes también pueden colocar sensores IoT en las plantas de producción para saber qué artículos se están fabricando para evitar realizar pedidos duplicados. Por ejemplo, la fábrica inteligente de Ericsson en Texas posicionó este tipo de rastreador de activos y ahorró hasta un 5% de costos en compras de repuestos.

Monitoreo de operaciones remotas y subcontratadas

Según Deloitte, los ejecutivos de manufactura de EE. UU. informan que hoy en día es un 36% más difícil encontrar candidatos calificados en el sector, en comparación con 2018. Esta falta de talento y capacidades locales obliga a los fabricantes a diversificar las ubicaciones de sus operaciones. Al adquirir instalaciones de fabricación en una ciudad diferente o subcontratar las operaciones a un tercero, las empresas aún desean monitorear los estándares y la velocidad de producción. Los sensores de IoT pueden enviar datos de rendimiento en tiempo real a la sede para evaluar la eficiencia de la producción y las condiciones de la fábrica, y detectar el mal funcionamiento del equipo sin viajar físicamente a la instalación.

Por ejemplo, los sensores en el techo pueden detectar e informar humo y fuego, mientras que las cámaras impulsadas por IoT en la entrada pueden monitorear la asistencia de los empleados e informar sobre accesos no autorizados.

Un ejemplo de monitoreo remoto proviene de un fabricante de productos de saneamiento portátiles, Armal . La empresa notó un exceso de consumo de energía en iluminación y refrigeración en su planta de producción remota. Uno de los problemas era su maquinaria heredada. Armal contrató a un consultor que ayudó a la empresa a digitalizar sus equipos e implementar Internet de las cosas en la fabricación para facilitar el monitoreo en tiempo real, lo que resultó en una reducción de los costos de producción y energía en un 30 % .

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El impacto empresarial de las soluciones IoT en la industria manufacturera

Hay muchos beneficios al emplear IoT en la fabricación. Aquí están los más destacados:

Reduciendo costos

IoT puede reducir los costos de fabricación de muchas maneras, sobre todo al permitir el mantenimiento predictivo y el monitoreo del consumo de energía.

Una de las principales razones de la pérdida de ingresos es el tiempo de inactividad inesperado y prolongado del equipo. Un estudio muestra que tal obstáculo puede costar a las grandes fábricas hasta $260,000 por hora . Como establecimos anteriormente, los sensores de IoT pueden detectar el mal funcionamiento o incluso la sobrecarga del equipo y alertar al gerente que puede solucionar este problema en lugar de esperar hasta que la máquina se averíe en medio del proceso de producción.

La implementación de soluciones IoT en las fábricas también ayuda a optimizar el consumo de energía. Chengdu Xihui Water Environmental Co., Ltd fabrica y opera plantas de tratamiento de aguas residuales. Tras instalar sensores IoT en sus equipos, la empresa pudo correlacionar el consumo con los precios de la energía y aprovechar las franjas horarias de menor actividad, reduciendo sus costes energéticos en un 10 % .

Tomar decisiones informadas

Los sensores de IoT ubicados alrededor de la fábrica transmiten continuamente datos en tiempo real, que se agregan, analizan y proyectan convenientemente en tableros personalizados. El equipo de liderazgo tendrá todos los conocimientos oportunos importantes al alcance de la mano cuando sea necesario. Sin IoT y análisis, no hay forma de que los gerentes tengan una comprensión tan sólida de las necesidades de la fábrica.

Crear un entorno de trabajo seguro

Las lesiones relacionadas con el trabajo son alarmantemente comunes. Los estudios basados en EE. UU. muestran que un empleado se lesiona en el trabajo cada siete segundos. Esto equivale a 540 lesiones por hora. Además, la fabricación es una de las cinco ocupaciones principales con la mayor cantidad de lesiones que causan discapacidades.

El empleo de soluciones de IoT para la fabricación puede ayudar a mejorar estas sombrías estadísticas. Los dispositivos IoT pueden rastrear la salud de los empleados y notificar a sus superiores si experimentan fatiga, deshidratación o cualquier otra condición que aumente la probabilidad de cometer un error. Luego, los sensores pueden monitorear la maquinaria y detectar comportamientos inusuales que pueden provocar accidentes. Además, los dispositivos conectados pueden monitorear el entorno de trabajo y notificar sobre fugas de gas, incendios y otros peligros. Y si ocurre un accidente, IoT puede facilitar la operación de rescate, por ejemplo, indicando las áreas donde los trabajadores quedaron atrapados.

Simplificación del proceso de producción.

Los dispositivos IoT pueden ayudar a los trabajadores a ubicar rápidamente artículos en grandes almacenes en lugar de pasar horas deambulando. Las nuevas líneas de productos se pueden probar virtualmente con gemelos digitales en lugar de iniciar la producción y fallar. Los sensores ayudan a controlar el estado de los productos transportados para evitar su deterioro, lo que retrasaría la producción, ya que los gerentes tendrán que realizar una nueva entrega y esperarla. Estos son solo algunos ejemplos de cómo el empleo de IoT en la industria manufacturera puede facilitar la producción.

Una encuesta reciente de PwC reveló que más del 80 % de los fabricantes industriales lograron aumentar la eficiencia operativa con la ayuda de dispositivos conectados.

Ofreciendo soporte post-fabricación

En entornos de fabricación convencionales, los vendedores pierden contacto con los clientes después de vender sus productos. No sabrán cómo funcionan sus productos a menos que los clientes presenten una queja. Con IoT en la fabricación, el equipo de producción puede recopilar información sobre sus productos después de la implementación e incorporar correcciones en nuevas versiones. También pueden generar lealtad al ofrecer una atención al cliente oportuna y mejor informada si el equipo no funciona correctamente.

IoT y fabricación: desafíos en el camino hacia la implementación

Seguridad

Los dispositivos IoT son altamente vulnerables a las brechas de seguridad. Según Kaspersky, hubo 1.500 millones de infracciones de IoT en la primera mitad de 2021, que ya es más del doble del número de todo 2020. Así es como Ondrej Krehel, director ejecutivo de Lifars, una empresa de ciberseguridad con sede en Nueva York, describe IoT problemas de seguridad , “No hay ningún dispositivo en el mundo que sea 100% seguro contra todas las amenazas externas. Cualquier dispositivo conectado a Internet en cualquier lugar es vulnerable a algún tipo de ataque. Sin embargo, considerando la interconectividad de los dispositivos IoT, una simple brecha podría ser catastrófica y exponer problemas a toda una red de dispositivos [en toda la empresa], en lugar de solo a uno”.

Las amenazas a las que se refiere Ondrej incluyen:

  • Programas maliciosos avanzados que toman el control del entorno industrial
  • Botnets y ataques de denegación de servicios distribuidos (DDoS)
  • Robo de datos
  • Ransomware que puede manipular maquinaria

Cuando las fábricas tradicionales implementan IoT en la fabricación, se convierten en un sistema basado en IP donde cada dispositivo conectado es vulnerable y puede poner en peligro a toda la red. La historia ofrece muchos ejemplos espantosos de empresas que sufren violaciones de seguridad relacionadas con IoT. Por ejemplo, Norsk Hydro, un gran fabricante multinacional de aluminio, fue víctima del ransomware LockerGora. La empresa tuvo que cerrar muchas de sus plantas de producción y desconectar las restantes. Toda la prueba le costó a Norsk Hydro alrededor de $ 75 millones .

Otro fabricante desafortunado es Visser Precision, que opera en el ámbito de la defensa. La infraestructura de la empresa fue penetrada por el ransomware DoppelPaymer. Al tratar de limpiar las consecuencias de este ataque, los investigadores descubrieron que los piratas informáticos publicaron abiertamente documentos confidenciales, incluidos los acuerdos no revelados de Visser Precision con SpaceX y Tesla.

Para minimizar los riesgos de ataques cibernéticos, las empresas que buscan IoT deben adoptar el paradigma de "seguridad por diseño". Los equipos de seguridad deben configurar los dispositivos conectados de manera que limiten su participación en DDoS y otros ataques y hagan uso de componentes de hardware y software confiables. Sin embargo, la seguridad del dispositivo no es una inversión única. Los equipos dedicados deberán monitorear la red para garantizar que el software se actualice constantemente para mantenerse al día con las amenazas emergentes y detectar las primeras señales de ataque.

Además, es importante cuidar los datos. Los sensores IoT recopilan una enorme cantidad de información. Todo debe recopilarse, transmitirse y almacenarse de forma segura sin violar la confidencialidad y la privacidad.

Grandes inversiones iniciales

Otro factor que tiende a hacer dudar a los fabricantes es el aspecto financiero. Debe invertir una gran suma para configurar el Internet de las cosas en la fabricación, mientras que el retorno de la inversión podría llevar años. El gasto incluye hardware, como sensores, puertas de enlace, etc., software, nube u otras unidades de almacenamiento, conectividad y soporte técnico.

Puede obtener una mejor estimación del presupuesto requerido en nuestro artículo reciente sobre costos de IoT .

No hay forma de evitar gastos al transformar una fábrica o un almacén, pero hay formas de minimizar esos gastos. Por ejemplo, puedes alquilar equipos con sensores incorporados. En este caso, no tiene que pagar todo de una vez y el vendedor seguirá involucrado. Supervisarán el equipo y se asegurarán de que reciba actualizaciones oportunas.

Problemas de interoperabilidad

Otra preocupación importante es cómo incorporar todos los dispositivos IoT en la infraestructura de la empresa dada la falta de estandarización de IoT y protocolos de comunicación competitivos. La situación puede volverse aún más difícil si trabaja dentro de un ecosistema de proveedores, empresas de logística y otros participantes, y también necesita ser interoperable con ellos.

Para evitar este problema, los responsables de la toma de decisiones deben comunicarse con todos los socios involucrados y mantenerse actualizados con los estándares de IoT en evolución. Además, opte siempre por los protocolos de comunicación IoT de uso común, ya que suelen tener características de seguridad sólidas y hay una mejor oportunidad de ser interoperables con la tecnología de sus socios.

Integración con sistemas heredados

Los sistemas heredados también juegan un papel importante al obstaculizar la integración y la digitalización de la fábrica. En una encuesta de fabricantes realizada por Forrester Consulting, el 53 % de los encuestados con poca madurez confesaron que sus sistemas heredados no pueden comunicarse con el resto de los activos en absoluto.

No siempre es posible sustituir los sistemas heredados con alternativas más amigables con la conectividad, pero las fábricas aún pueden actualizar estas máquinas con IoT en la fabricación.

Una opción es equipar la maquinaria aislada con sensores inteligentes que puedan recopilar datos sobre el rendimiento del dispositivo y enviarlos a la nube o a un servidor local. Otra solución más completa es usar un kit de actualización que contiene sensores IoT además de otras capacidades, como análisis predictivo. Algunos de estos kits son producidos por proveedores para un tipo de maquinaria específico. Otros pueden trabajar con diferentes sistemas heredados. Otra posibilidad más para modernizar los equipos desarrollados en la era anterior a IoT es usar una puerta de enlace. No solo conectará el activo heredado con el resto del sistema, sino que también ofrecerá capacidades adicionales, como la seguridad.

Para resumir

IoT en la fabricación puede traer muchos beneficios a su instalación y ayudarlo a navegar el mundo posterior a la pandemia. Transformar tu fábrica es costoso, pero si te quedas atrás, podrías terminar partiendo con sumas aún mayores.

Si está interesado en descubrir cómo otras tecnologías revolucionan el sector industrial, consulte nuestro artículo reciente sobre IA en la fabricación .

Y si desea obtener más información sobre Internet de las cosas, hemos publicado una publicación detallada sobre la arquitectura de IoT y los consejos de diseño .

¿Está considerando transformar su fábrica con IoT? ¡Ponerse en contacto! El equipo de ITRex lo ayudará a construir/comprar dispositivos IoT, conectarlos en una red e implementar software personalizado, si es necesario. ¡Hasta tu maquinaria pre-Internet puede participar!


Publicado originalmente aquí .

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