El Internet de las cosas en la industria 4.0: Campos de aplicación

Por: Ingleberto Castellanos Pestana

Para el concepto de industria 4.0 o cuarta revolución industrial podemos encontrar varias definiciones, según (Joyanes, 2017) tiene sus orígenes en el gobierno alemán con el sustento de la industria de este país para describir la digitalización de sistemas y procesos industriales y su interconexión con el Internet de la cosas para obtener una mayor flexibilidad de los procesos productivos.

El concepto de Industria 4.0 es relativamente reciente y se refiere a la cuarta revolución industrial que consiste en la introducción de las tecnologías digitales en la industria. Los "habilitadores digitales" son el conjunto de tecnologías que hacen posible que esta nueva industria explote todo su potencial. En efecto, éstas permiten la hibridación entre el mundo físico y el digital, es decir, vincular el mundo físico al virtual para hacer de la industria una industria inteligente. (Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, Gobierno de España)

Industria 4.0 es un término aplicado a un grupo de rápidas transformaciones en el diseño, fabricación, operación y servicio de los sistemas de fabricación y sus productos. La designación 4.0 significa que es la cuarta revolución industrial en el mundo, sucesora de tres revoluciones anteriores que supusieron pasos agigantados en la productividad y cambiaron las vidas de las personas en todo el mundo. (European Parliament Research Service)

Para entender un poco como se ha llegado a esta cuarta revolución industrial describiré brevemente los aspectos más significativos de las revoluciones industriales que ha vivido el sector productivo.

• Primera revolución industrial: Máquinas de vapor y ferrocarril.
• Segunda revolución industrial: Motores eléctricos y de combustión producción en masa
• Tercera revolución industrial: Tecnología digital, automatización e informática.
• Cuarta revolución industrial: Sistemas ciberfisicos con capacidad para recopilar y procesar información en entornos cambiantes.

Como podemos evidenciar a lo largo de la historia la humanidad ha aprovechado los avances tecnológicos para dinamizar los procesos productivos en las empresas y con ello facilitar las tareas que realizan las personas, con el auge de las tecnologías actuales basadas en la infraestructura de las comunicaciones, las TIC, las redes sociales o de actividades comerciales, datos en la nube y sensores remotos se incorporan todos estos elementos a las actividades productivas, lo que permite llegar a la era de los sistemas ciberfisicos que producen una digitalización de las actividades del sector productivo e impulsa un incremento en los volúmenes de información y potencializa los sistemas de computación y conectividad. Dentro de las tecnologías que apoyan la industria 4.0 encontramos: Sistemas de integración, Máquinas y sistemas autónomos (robots), Internet de las cosas (IoT), Manufactura aditiva, Big data y análisis de grandes datos, Computación en la nube, Simulación de entornos virtuales, Inteligencia Artificial, Ciberseguridad, Realidad aumentada. Con la implantación de estas tecnologías las empresas ganan una mayor integración e intercambio de información en las diferentes áreas que la componen, a continuación una descripción de estas tecnologías y la aplicabilidad a nivel empresarial según (Basco, Beliz, Coatz, & Garnero, 2018).

Sistemas de integración: Los sistemas de integración permiten la interconexión entre las tecnologías operacionales con las tecnologías de la información y la comunicación, esto permite la conexión de las maquinas entre sí y con el entorno e integran las distintas áreas de la unidad productiva, impactando sobre la gestión interna de la empresa. Además la utilización de plataformas digitales permite la conexión entre la empresa y otros actores de su cadena de valor como proveedores, actores del sistema de logística y trasporte, llegando hasta el cliente.

Máquinas y sistemas autónomos (robots): En la industria 4.0 la tendencia es la automatización de los procesos productivos con la utilización de máquinas que faciliten las tareas que realizaban las personas, se busca un incremento de la robótica colaborativa donde estos equipos dotados de sensores sean capaces de interactuar en espacios compartidos con personas, la implementación de esta tecnología busca obtener fabricas inteligentes donde se pueda contar con equipos que puedan desplazarse de forma automática y crear espacios de interacción.

Internet de las cosas (IoT): Fue nombrado así por primera vez por Kevin Asthon en 1999, que entonces trabajaba en P&G. Pero su potencial de explotación y uso inicia con la aparición de la Nube, y el desarrollo de la tecnología que permitía generar datos de un tamaño menor. Asthon define el Internet de las Cosas como una serie de sensores conectados a Internet, comportándose de una manera similar a Internet, haciendo conexiones abiertas y ad hoc, compartiendo datos libremente y permitiendo aplicaciones inesperadas, para que los PCs puedan entender el mundo y convertirse en El sistema nervioso de la humanidad (Asthon, 2017). El IoT permite una comunicación entre máquinas, personas y productos que son utilizados por la industria para la creación de nuevos productos que estén en capacidad de captar y transmitir información durante todas las etapas de su vida productiva.

Manufactura aditiva o impresión 3D: Esta tecnología está enfocada en la fabricación de piezas de diferentes materiales con capas que se superponen a partir de un diseño previo. La impresión 3D es un método de fabricación utilizado por diseñadores, científicos, ingenieros, estudiantes, etcétera. Debido a las grandes ventajas que posee con respecto a otras técnicas de manufactura, en la actualidad se utiliza en todas las áreas del conocimiento para el desarrollo de prototipos, partes y piezas. Esta técnica de fabricación permite obtener piezas terminadas o casi terminadas por lo que se reducen considerablemente los tiempos de fabricación de piezas y/o partes (Alvarez, Lagos, & Aizpun, 2016).

Big data y análisis de grandes datos: Actualmente existen una gran cantidad de dispositivos que pueden reportar datos estructurados y no estructurados, tales como: Maquinas, sensores, equipos, cámaras, teléfonos móviles, entre otros. A raíz de esto nace Big Data como una herramienta que permite el análisis de altos volúmenes de datos a alta velocidad, de tal forma que se puedan tomar decisiones en tiempo real para mejorar los productos y procesos.

Computación en la nube: Consiste en la oferta de servicios de computación a través de Internet, donde el usuario puede contratar, según sus necesidades, capacidades de procesamiento y almacenamiento en línea. Es un modelo de negocio que permite al usuario acceder en forma rápida a servicios estandarizados y responder a la demanda en forma flexible, adaptándose a cargas inusuales de trabajo y pagando sólo por el consumo efectuado (CEPAL, 2013)

Simulación de entornos virtuales: Basados en los avances de la tecnología hoy en día se pueden simular escenarios, mediante cálculos basados en la proyección de elementos en tres dimensiones sobre pantallas bidimensionales como la de cualquier PC o televisión, entornos de apariencia realista. El modelado 3D lo podemos incorporar en la industria para simular los posibles resultados de hacer intervenciones en los procesos productivos de tal forma que al llevarlos a la realidad tengamos una total certeza de cuáles serán los resultados a obtener (Martínez, 2012)

Inteligencia Artificial: La inteligencia artificial tiene una gran aplicabilidad en la industria 4.0 permitiendo el diseño, la implementación y el uso de programas, máquinas y sistemas que exhiben inteligencia humana, y sus actividades más importantes son la representación del conocimiento, el razonamiento y el aprendizaje. En la empresa moderna la inteligencia artificial se refiere a las máquinas de construcción que realizan acciones que a menudo realizan los humanos tales como una fábrica automatizada compuesta por una serie de máquinas que ejecutan tareas con poca intervención humana (Whitson, 2013)

Ciberseguridad: El incremento de los dispositivos que comparten información a través de las redes de internet y el fomento que están haciendo los gobiernos para el uso de las TIC como la factura electrónica, los correos electrónicos certificados, la firma electrónica y en general, todos los vinculados a las operaciones que los consumidores pueden realizar con las empresas es necesario contar con un conjunto de acciones de carácter preventivo que tienen por objeto el asegurar el uso adecuado de los datos recolectados y los derechos de los ciudadanos (CEPAL, 2013)

Realidad aumentada: La realidad aumentada es una tecnología que se encuentra en una etapa incipiente pero que puede aportar grandes beneficios como proporcionar información a los trabajadores en tiempo real con el objetivo de mejorar la toma de decisiones y los procedimientos de trabajo, uno de los campos en los cuales esta tecnología tiene más avances es la educación donde podemos encontrar universidades que incorporan en los proceso de formación ambientes de realidad aumentada (Joyanes, 2017).

Después de conocer como las diferentes tecnologías que hacen su aporte a la cuarta revolución industrial me enfocare en mostrar como el Internet de las cosas (IoT) a mi juicio es la tecnología que mayor aplicabilidad tiene y sus usos pueden ser aplicados en cualquier tipo sector o empresa, para ello se realizara una revisión de casos de éxito donde el aporte de esta tecnología ha permitido dinamizar sectores como la industria de vehículos, sistemas de salud e incluso la transformación de ciudades enteras convirtiéndolas en ciudades inteligentes o Smart City logrando maximizar la eficiencia y eficacia de sus actividades diarias. Luis Joyanes en su libro Industrias 4.0 y la cuarta revolución industrial afirma que a mitad de esta década se consolidaron nuevos paradigmas tecnológicos entre los que sobresale el internet de las cosas o IoT.

El IoT conectara a todas las cosas con las personas y a las personas con todas las maquinas, lo que conllevara a generar altos volúmenes de datos o Big Data que deben ser procesados para la toma de decisiones de forma eficiente, al producir todas estas interconexiones las posibles aplicaciones son infinitas. A continuación se plantean varios ejemplos de la aplicación de IoT y sus beneficios.

En primer lugar se hace la revisión de la trasformación que ha tenido la ciudad de Shanghái para ser catalogada como Smart City con la implementación de IoT, actualmente esta ciudad tiene una integración e interoperabilidad de la gran mayoría de los servicios municipales a través de la plataforma de Smart City, ejemplo de esto es la utilización de esta tecnología para colocar en funcionamiento la Shanghai Public Transportation Card, una tarjeta para el pago de los servicios de transporte en la ciudad que puede ser utilizada en autobuses, trenes de metro, transbordadores e incluso en taxis la cual es recargable y utiliza la tecnología de radio frecuencia que se conecta con sensores sin necesidad de ser deslizada o insertada en ningún dispositivo, permitiendo una mayor agilidad a la hora de la utilización del transporte, sobre todo en ciudades como estas que tienen una gran concentración de población. Otro uso que esta ciudad está haciendo del IoT está relacionado con la administración de la electricidad, en este sentido la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma de China (NDRC) está gestionar el consumo eficiente de este recurso al incentivar la reducción de la demanda en horas pico en los usuarios comerciales e industriales. Este método que inicio su fase de prueba en 2015 busca que a los usuarios comerciales e industriales les llegue una alerta cuando la demanda de energía se encuentre en los picos más altos y le ofrece incentivos si hacen una reducción temporal del consumo, en estos momentos los usuarios tiene que ir hasta los tableros de control para hacer el apagado de equipos que le permitan hacer la reducción del consumo, sin embargo se espera que muy pronto estos dispositivos se encuentren interconectados y tan pronto como reciban la señal de incremento en la demanda los usuarios puedan hacer los ajustes de sus consumo de forma automática. El IoT también es utilizado en esta ciudad para realizar la facturación electrónica de los servicios públicos donde los medidores de consumo instalados en los hogares para registrar la utilización de agua, energía o gas domiciliario se encuentran dotados con sensores que trasmiten de forma automática el consumo registrado en el periodo a facturar y con esto se genera la facturación electrónica que llega a los usuarios.

"Hay muchas aplicaciones de ciudades inteligentes diferentes, desde la monitorización del reciclaje hasta informar a los pasajeros de autobuses donde está su autobús y cuándo llegará, a proporcionar información sobre dónde hay un espacio de estacionamiento abierto. Creo que las aplicaciones que hacen que las ciudades sean más sostenibles son de vital importancia" (Asthon, 2017)

Otro ejemplo de Smart City lo podemos encontrar en la ciudad de Tel Aviv en Israel, donde a través de la tecnología de IoT se implementó el proyecto de ciudad inteligente Tel Aviv es Digi-Tel, una plataforma que proporciona un acceso personalizado a servicios e información vía correo electrónico, mensajes de texto, una página web a la medida y una aplicación móvil a la medida. La información aportada es relevante solo para los ciudadanos, ya que toma en cuenta su ubicación, intereses, necesidades y otros atributos personales. Digi-Tel crea una conexión entre la ciudad y su gente, al alertar a los residentes acerca de obras públicas en las calles, indicar la estación más cercana de bicicletas para uso compartido u ofrecer descuentos para eventos culturales. También promueve una participación activa ya que los residentes pueden hacer reportes relacionados con cualquier actividad, evento, inconveniente o peligro. Más allá de Digi-Tel, la ciudad tiene varios proyectos de servicio inteligente vinculados a áreas como el manejo de tránsito inteligente, seguridad, manejo de emergencias y parqueo. Todos los servicios inteligentes de Tel Aviv están basados en un conjunto interconectado de fuentes y sistemas de información que la ciudad ha desarrollado, en soluciones avanzadas para la administración urbana y, lo que es más importante, en la participación cívica que inspira una mejora continua mediante la colaboración entre las entidades privadas y públicas (Toch & Feder, 2016).

En el sector automotriz encontramos como caso de que para resaltar de la implementación de IoT son los vehículos conectados de Ford, esta compañía creo en marzo de 2016 una nueva empresa denominada Ford Mobility Services LLC, para llevar al mercado los productos de su marca SYNC un sistema controlado por voz al que se le incorporaron características habilitadas por sensores de tal forma que el vehículo se pueda comunicar con los servicios de emergencia cuando se activaran sus bolsas de aire, hacer desconexión del suministro de combustible al presentarse una colisión o generar informes de sus componentes, además puede transmitir información a los servicios de emergencia de las características del accidente tales como la velocidad, naturaleza, cuántos impactos había y cuántas personas podían haber estado en el vehículo de tal forma que los equipos de emergencia puedan responder de manera más eficiente y anticipar los equipos requeridos para la atención de cada caso, es como tener una visión previa de los accidentes desde el momento en el que el vehículo reporta la emergencia.

"A medida que nuestros vehículos se convierten en parte del IoT, y dado que los consumidores deciden compartir sus datos con nosotros, queremos ser capaces de usar esos datos para ayudar a mejorar sus vidas. Y también, crear algunos modelos de negocio que nos ayudarán a tener un retorno. Este es nuestro propósito".

Mark Fields CEO de Ford.

Como podemos observar la implementación de IoT trae grandes beneficios para los usuarios de los vehículos de las marca Ford debido a la gran cantidad de información que suministran los sensores instalados, tanto para los servicios de asistencia como para la misma compañía. Además podemos observar cómo se generan nuevas unidades de negocio dedicadas única y exclusivamente a la explotación de los servicios basas en el internet de las cosas.

Dentro de este sector también podemos observar como la implementación del IoT trae grandes beneficios para la gestión de flotas en las empresas de transporte y logística, con sensores interconectados las empresas pueden conocer en tiempo real la ubicación de los vehículos, velocidad a la que transitan y hábitos de conducción de los conductores (aceleraciones bruscas, frenadas bruscas, excesos de velocidad, revoluciones del motor), apertura de puertas en lugares no autorizados, desviaciones de rutas, apagado y encendido remoto. Además encontramos en este sector vehículos autónomos no tripulados que utilizan sensores para percibir el entorno que lo rodea.

Otro caso de éxito del internet de las cosas lo encontramos en Boston Children's Hospital y el sistema de salud más Inteligente, uno de los problemas que enfrentaba esta institución era el guiar a sus visitantes hasta el sitio al que deseaba llegar, los visitantes continuamente acudían al personal de asistencia médica para que los orientara para de esta forma poder llegar al sitio deseado, lo cual ocasionaba constantes interrupciones en sus labores, distracciones y malestar a los familiares de los niños hospitalizados, al sentirse frustrados por no poder llegar al sitio donde se encontraba su familiar. Para dar respuesta a esta problemática Boston Children's Hospital creo una solución usando el Internet de las Cosas, para simplificar el sistema de señalización en su complejo edificio desarrolló una aplicación gratuita para smartphones llamada MyWay. MyWay utiliza el sistema de GPS para detectar dónde se encuentra un visitante o paciente y lo guía hacia su destino. La aplicación también puede mostrar la ruta más rápida a diferentes instalaciones como baños, estacionamientos y mostradores de información. El hospital invirtió sólo unos meses en desarrollar la aplicación y una de las características más importantes de la aplicación es que el personal del hospital puede actualizarla al instante cuando el hospital experimente cambios en sus instalaciones. Si un ascensor está fuera de servicio o un pasillo está cerrado por obras, por ejemplo, MyWay puede seleccionar automáticamente otra ruta (Asthon, 2017)

Como podemos observar en los casos anteriormente expuestos los beneficios que ofrecen el Internet de las Cosas o IoT se pueden aplicar en cualquier tipo de empresa y los beneficios para los usuarios finales son incalculables. Pero el IoT también se está aplicando en otros entornos La Asociación GSMA es una organización China de operadores móviles y compañías relacionadas, dedicada al apoyo de la normalización, la implementación y promoción del sistema de telefonía móvil GSM, Esta asociación celebrará su 7ª Cumbre de IoT de la GSMA Mobile en el Mobile World Congress Shanghai 2018. La cumbre explorará los últimos desarrollos de las redes de LPWA que se implementan en todo el mundo, temas de cobertura que incluyen análisis de datos, el impacto de 5G y la seguridad entre otros (GSMA, 2018). En esta cumbre se pueden observar avances en la utilización de IoT. En la agricultura, con una solución de pasto inteligente demuestra cómo IoT se aprovecha para administrar los pastizales y mejorar la salud de los yak en las zonas rurales de China, utilizando sensores IoT para recopilar una gran variedad de datos, mejora la salud de los cultivos, las plantas y en última instancia, aumenta el rendimiento y la productividad de los agricultores que pueden conocer la calidad del aire, temperatura, humedad, humedad del suelo, pH del suelo, pureza del agua, pH del agua, conductividad del agua, CO2. En seguridad contra incendios se utiliza IoT para mejorar las medidas de protección contra incendios y salvaguardar las vidas de los ciudadanos. La tecnología inteligente Zibo Wanan presenta su sistema de nube basado en IoT para monitorear el humo, los incendios eléctricos y la presión de la boca de incendios, otra solución de posicionamiento de bomberos en 3D utilizará IoT para rastrear la ubicación de los bomberos tanto en interiores como en exteriores, por ejemplo, en edificios en llamas y otras situaciones peligrosas, para ayudar a las brigadas de incendios a gestionar el despliegue seguro y la retirada de sus fuerzas. En gestión logística la tecnología de sensores IoT se utiliza para monitorear y administrar todo el ciclo de vida de la logística del almacén, ayudando a las empresas a predecir y controlar los riesgos, aumentar la seguridad y la calidad de la carga, optimizar los procesos operativos, reducir costos, aumentar las ganancias y mejorar la satisfacción del cliente.

BIBLIOGRAFÍA

Alvarez, K., Lagos, R., & Aizpun, M. (2016). Influencia del porcentaje de relleno en la resistencia mecánica en impresión 3D, por medio del método de Modelado por Deposición Fundida (FDM). Revista chilena de ingeniería, 17-24.

Asthon, K. (2017). Dandole Sentido al IoT: Cómo el IoT se convirtió en el sistema nervioso de la humanidad. Aruba Hewlett Packard Enterprise.

Basco, A., Beliz, G., Coatz, D., & Garnero, P. (2018). Industria 4.0 Fabricando el Futuro. Buenos Aires: Banco Interamericano de Desarrollo.

CEPAL. (2013). Economía digital para el cambio estructural y la igualdad. Santiago de chile: Naciones Unidas.

GSMA. (27 de Junio de 2018). GREATER CHINA SET TO DOMINATE GLOBAL INDUSTRIAL IOT MARKET, SAYS NEW GSMA REPORT. Recuperado el 10 de Octubre de 2018, de https://www.gsma.com/newsroom/press-release/greater-china-set-to-dominate-global-industrial-iot-market-says-new-gsma-report/

Joyanes, L. (2017). Industria 4.0 La Cuarta Revolucion Industrial. Mexico: Alfaomega.

Martínez, G. (2012). SIMULACIONES DE EMERGENCIA EN ENTORNOS 3D. Madrid: Universidad Complutense de Madrid.

Toch, E., & Feder, E. (2016). Estudios de casos internacionales de ciudades inteligentes: Tel Aviv, Israel. Banco Interamericano de Desarrollo.

Whitson, G. (2013). Artificial intelligence. Salem Press Encyclopedia of Science.