Industria 4.0: Fábrica inteligente – Logística inteligente – Imagen: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
Industria 4.0: un término que se ha puesto de moda recientemente y genera mucho debate en la industria y la política. En su sentido más estricto, Industria 4.0 se refiere a un proyecto de futuro del Gobierno Federal Alemán, que prevé la estrecha integración de las tecnologías de la información y la fabricación para preparar al país para los retos del futuro.
Según el documento de estrategia, la cuarta revolución industrial, impulsada por el rápido desarrollo de internet, conducirá a una fusión de los mundos real y virtual, lo que finalmente dará lugar al Internet de las Cosas (IdC). En este contexto, los propios productos o componentes se interconectan con otros artículos, usuarios o medios de transporte y se comunican entre sí para generar procesos fluidos y aún más eficientes.
Un indicio de la transición hacia la Industria 4.0 es la creciente importancia de la interconexión de los sistemas informáticos integrados en los procesos de producción y logística, tanto entre sí como con internet en general (los denominados sistemas ciberfísicos, CPS). El desarrollo cada vez mayor y más acelerado de la automatización y la integración en la industria va acompañado de la creación de tecnologías de monitorización y control cada vez más inteligentes, que permiten a las empresas gestionar y optimizar todas sus redes de creación de valor prácticamente en tiempo real. Este desarrollo conducirá, en última instancia, a la implementación de procesos de toma de decisiones totalmente autónomos en la producción y el transporte.
Un paso hacia este objetivo es la fábrica inteligente y de autoaprendizaje (Fábrica Inteligente). El enfoque se centra en el desarrollo de sistemas y procesos de producción inteligentes y autorregulados, así como en la implementación de instalaciones de producción interconectadas que se comunican entre sí de forma independiente.
Logística inteligente: la logística del futuro
Pero las tecnologías innovadoras e inteligentes también se están introduciendo cada vez más en la logística del transporte y están revolucionando toda una industria
Pero ¿qué son exactamente las tecnologías inteligentes?
Se trata de sistemas asistidos por ordenador que controlan de forma totalmente automática procesos de trabajo completos y son capaces de funcionar de forma autónoma, controlando así un proceso completo de forma independiente.
La logística actual tiene poco en común con el almacenamiento y envío de mercancías relativamente unidimensional de hace tan solo unos años. Esto se debe a las nuevas tecnologías web que permiten un nivel completamente nuevo de interactividad entre los participantes. Y este desarrollo continúa avanzando rápidamente. Ya se están probando sistemas de transporte parcial o totalmente automatizados en numerosas aplicaciones.
Smart Factory: la fábrica inteligente del futuro
El Centro Alemán de Investigación en Inteligencia Artificial (DFKI), en colaboración con diversos fabricantes, ha desarrollado un primer prototipo de la fábrica inteligente del futuro: la denominada Fábrica Inteligente. Su principal característica reside en su composición de módulos de producción independientes que se comunican de forma autónoma entre sí mediante múltiples sistemas de información. La mano de obra humana desempeña únicamente un papel de apoyo en el proceso productivo.
Tres pilares fundamentales forman la base del desarrollo:
- El producto inteligente y comunicativo
- el sistema en red
- El operador asistente del sistema
El producto inteligente, con la ayuda de sensores integrados (p. ej., RFID o Bluetooth), recibe información constante sobre su pedido, material y datos de producción, lo que influye en su propio proceso de fabricación. El sistema en red se comunica con cada producto inteligente mediante componentes CPS y supervisa cada paso del proceso. En este sistema, el operador que asiste al usuario recibe información directa del producto sobre los detalles del proceso de ensamblaje, incluyendo los pasos necesarios.
Fábrica inteligente y logística de datos
En la fábrica inteligente, se elimina la separación tradicional entre la planificación y el control de la producción. En su lugar, se utiliza un enfoque integrado, en el que las máquinas intercambian información y pronósticos sobre el proceso de producción y coordinan los pasos de trabajo posteriores. Los datos sobre el flujo de materiales, la utilización de las máquinas y el sistema de almacenamiento, y el consumo de recursos también se integran en el proceso y se tienen en cuenta en la planificación de acciones. Para que este flujo de información tenga un impacto continuo en la producción en curso, debe producirse en tiempo real entre dispositivos.
Aquí es donde la logística de datos juega un papel especialmente importante, ya que debe garantizar que todos los datos, tanto actuales como previstos, estén disponibles de forma rápida y completa y se transmitan sin pérdida de tiempo.
Este tipo de producción moderna no termina en absoluto en la fábrica inteligente. El enfoque integrado y orientado a los pedidos de la fabricación, que abarca toda la cadena de valor, desde las materias primas hasta el producto industrial terminado, requiere una visión transversal de la empresa y, desde la perspectiva de la logística de datos, la garantía de un intercambio fluido de información.
Los desafíos que implica son enormes. Por un lado, se prevé un flujo masivo de datos, lo que requiere una reorganización integral de la infraestructura de TI. Por lo tanto, una rápida expansión de la infraestructura de red es esencial para el éxito del proyecto.
Además de la expansión cualitativa y cuantitativa de las líneas de datos, la logística de datos se enfrenta a otro reto complejo y muy debatido: garantizar la seguridad integral de los datos. Además de garantizar la disponibilidad de los datos para los usuarios autorizados, mantener su confidencialidad es fundamental. El acceso no autorizado, así como la pérdida o divulgación no autorizada de datos confidenciales, debe evitarse a toda costa. Por lo tanto, los profesionales de la logística de datos se enfrentan a la tarea de impulsar el desarrollo y la aplicación de conceptos y estándares de seguridad integrales.
La conexión entre los datos y la logística del transporte
Además de la logística de datos, la logística del transporte desempeñará un papel aún más importante en el contexto de la Industria 4.0. Esto implica, en concreto, la interconexión completa de todos los objetos que intervienen en la cadena de transporte. En muchos ámbitos, esto ya es una realidad y se utiliza a diario en multitud de aplicaciones: la planificación flexible de rutas basada en las condiciones meteorológicas o del tráfico previstas, y la gestión del flujo de tráfico mediante software son solo dos ejemplos. Pero el desarrollo tecnológico no se detiene ahí. La introducción de vehículos autónomos inteligentes en una infraestructura de transporte basada en el Internet de las Cosas abrirá la puerta a dimensiones completamente nuevas de soluciones logísticas automatizadas y flexibles.
En este ámbito, los datos y la logística de transporte van de la mano, ya que los primeros proporcionan la información necesaria para optimizar la logística de transporte. Cuanto más completo sea el intercambio de información sobre capacidad, clima, tráfico y vehículos, más eficiente será la gestión de los crecientes flujos logísticos. En tiempos de aumento de la producción y transporte de lotes cada vez más pequeños (palabra clave: comercio electrónico), los sectores de fabricación y distribución dependen prácticamente del rendimiento y la flexibilidad de la logística de transporte. Solo si esta garantiza que las materias primas, los productos semiacabados o los artículos listos para enviar lleguen puntualmente a las instalaciones, se podrá materializar la visión de una cuarta revolución industrial en general, y el concepto de fábrica inteligente en particular.
Se espera que las tecnologías inteligentes prevalezcan en la producción tarde o temprano. Pero ¿cómo afectará esto a la logística de almacén? ¿Se desarrollará de la misma manera o de forma similar?
Hay muchas señales de ello.
Sistemas de transporte inteligentes en el almacén
Sin un sistema de control central, estos vehículos negocian entre sí las órdenes de transporte entrantes, establecen reglas de prioridad de paso e intercambian datos sobre sus respectivas posiciones en el almacén. Dado que cada lanzadera procesa su información de forma descentralizada, todo el sistema de control se distribuye entre numerosas unidades virtuales. Si se produce un fallo, el enjambre de vehículos reacciona y resuelve el problema por sí mismo.
Robots de transporte autónomos
Aquí es donde entran en juego las empresas Kardex Remstar y Servus Intralogistics, que han desarrollado una nueva solución bajo el concepto de Fábrica Inteligente para optimizar la logística de producción interna de sus clientes
Los componentes principales de la solución son los sistemas de recuperación dinámica de Kardex Remstar y un sistema de transporte especializado de Servus Intralogistics, compuesto por robots de transporte autónomos sobre raíles. Los productos de ambas compañías llevan tiempo disponibles por separado. La novedad es que los componentes se combinan en una solución integral eficiente mediante un software de nuevo desarrollo. Las piezas necesarias para el ensamblaje se almacenan de forma compacta en los elevadores de almacenamiento vertical, estanterías de carrusel o sistemas de almacenamiento de contenedores de Kardex Remstar. Durante la recuperación, el sistema de transporte de Servus recupera automáticamente las piezas del almacén y las transporta a las estaciones de ensamblaje mediante robots de transporte autónomos. Los robots reciben automáticamente información sobre los pasos de trabajo necesarios y completan todos los pasos posteriores de forma independiente. Por lo tanto, el sistema Servus no requiere una unidad de control central, ya que los robots de transporte se comunican directamente con otros robots de transporte y estaciones de trabajo mediante infrarrojos, lo que les permite reaccionar a su entorno inmediato. El sistema de transporte de Servus demuestra ser especialmente flexible, ya que permite la libre planificación de rutas dentro de la nave de la fábrica y se adapta óptimamente a las estructuras existentes. Esto significa que el riel se puede instalar en cualquier punto, desde el suelo hasta el techo, en naves de almacenamiento y producción.
Inteligencia de enjambre del Instituto Fraunhofer
Un enfoque fundamentalmente comparable, pero en su forma actual más avanzado, lo demuestra el sistema de almacenamiento y transporte de contenedores llamado Multishuttle , diseñado por el Instituto Fraunhofer de Flujo de Materiales y Logística .
La idea básica es que el beneficio decisivo de un sistema de almacenamiento no se mide solo por su capacidad de almacenamiento y recuperación, sino también por la velocidad con la que los contenedores llegan a su destino. Los especialistas de Fraunhofer IML prevén que la proporción de sistemas de transporte y almacenamiento para contenedores de carga pequeña seguirá aumentando en la logística de almacén, en comparación con los sistemas de transporte y almacenamiento de palés. Esto se debe a la continua reducción del tamaño de los envíos y a las consiguientes medidas de reducción de inventario en la industria y el comercio.
La idea original consistía en desarrollar un sistema de transporte con vehículos guiados por raíles y de bajo coste. Estos vehículos también debían ser capaces de gestionar de forma independiente las operaciones de almacenamiento y recuperación dentro del almacén, permitiendo así todo el proceso de transporte desde el almacén hasta el puesto de trabajo sin necesidad de manipulación adicional. Esta idea dio lugar al desarrollo del Multishuttle, que funciona de forma similar al vehículo de transporte Servus.
Sin embargo, los ingenieros pronto reconocieron las limitaciones de esta solución: el sistema de rieles inflexible. Entonces se propusieron desarrollar aún más el multishuttle, un vehículo que pudiera desplazarse por el almacén sin rieles. En colaboración con Dematic, el instituto desarrolló el MultiShuttle Move, compatible con el sistema de rieles convencional, pero equipado con un chasis montado en el suelo y un sistema de navegación inteligente. El vehículo cuenta con escáneres láser en la parte delantera y trasera, que sirven tanto para la búsqueda de rutas como de medida de seguridad al operar en el suelo. Gracias a su tecnología de posicionamiento integrada, puede moverse con total libertad dentro del espacio sin rieles guía ni otros marcadores fijos y reaccionar dinámicamente a los cambios. Esto minimiza la necesidad de tecnología de transporte fija, al tiempo que logra la máxima flexibilidad.
Con este innovador sistema, vehículos de transporte inteligentes e interconectados gestionan todas las operaciones, por ejemplo, desde un almacén de gran altura hasta las estaciones de trabajo donde se procesan o preparan los productos. Estos ágiles asistentes no están guiados por software de gestión de almacenes, sino que se coordinan de forma autónoma sin control central. Dado que este tipo de logística de almacén requiere una gran cantidad de estos pequeños asistentes, el software se vería desbordado por la complejidad de gestionar este enjambre de robots. Esto les permite moverse con total libertad dentro del almacén de gran altura, tanto sobre raíles como en el suelo.
Los dispositivos se comunican y controlan entre sí mediante el principio de inteligencia de enjambre. Esto se logra mediante el uso de tecnología de sensores de reciente desarrollo, equipada con funcionalidades como rastreo por radio, medición de distancia y navegación. Esto permite que cada lanzadera encuentre siempre la ruta más directa y corta a su destino, se coordine entre sí para la aceptación de pedidos y la planificación óptima de rutas, garantizando así el máximo rendimiento en el almacén y, por consiguiente, la eficiencia.
El sistema de sensores integrado también evita colisiones, deteniendo automáticamente los vehículos si es inminente una colisión con otro dispositivo o una persona. Por lo demás, se aplican normas de preferencia de paso en el almacén, similares a las del tráfico rodado.
Si se necesitan recursos adicionales, la capacidad de transporte del sistema puede ajustarse con flexibilidad aumentando el número de vehículos. No se requieren inversiones en instalaciones fijas.
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