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Industria 4.0 - La Próxima Revolución Industrial

Revolución Industrial Imagine una planta de fabricación en el que todo va según lo previsto. Los procesos siempre están funcionando dentro de límites controlados, se elimina la variación, y cada producto final es el mismo. Nada nunca para y los paros no planificados simplemente no suceden. Nunca se pierde ninguna materia prima, los rendimientos son exactamente lo que debe ser, día a día y se reducen al mínimo los costos de energía. Entonces la capa en la parte superior, hay un mar de datos acerca de los procesos, lo que permite que la ingeniería identifique y priorice las oportunidades de mejora.

Suena como utopía de la fabricación, pero no está muy lejos, si la Industria 4.0 está a la altura de su potencial. Este Informe Oficial de OMEGA Engineering explica los conceptos de Industria 4.0 y sus implicaciones para los ingenieros y tecnólogos en la fabricación y las industrias de proceso. La sección trata:
  • El origen y el significado de «Industria 4.0»
  • IIoT y M2M
  • Aplicaciones comerciales e industriales
  • Estado actual
  • Cuestiones y preocupaciones

El origen y el significado de «Industria 4.0»

Un cambio está llegando a la fabricación tan trascendental como la llegada de la máquina de vapor, el interruptor de energía eléctrica y la adopción de procesamiento de datos informatizados y la automatización. Los académicos e industriales alemanes han denominado este cambio «Industria 4.0,» que reconoce que significa un nuevo enfoque a la fabricación.

La Industria 4.0 consolida avances en sensores y comunicaciones que ya están en marcha. Es un programa coordinado dirigido hacia el desarrollo y despliegue de dispositivos «inteligentes». Engloba conceptos como «Internet de las cosas» (IoT), «Internet Industrial de las cosas» (IIoT), comunicación de máquina a máquina (M2M), IPv6, RFID, computación en la nube y minería de datos.

IIoT and M2M

La interconexión en red Ethernet está bien establecida, pero como los procesadores reducen el tamaño, los ordenadores se han trasladado de mesas de escritorio para fábricas y almacenes y ahora están siendo integradas en sensores y actuadores. La incorporación de opciones de comunicación como Wi-Fi 802.11, Bluetooth o ZigBee en estos dispositivos les permite enviar y recibir mensajes. Luego, añada en IPv6, lo que aumenta enormemente el número de direcciones disponibles, y cada dispositivo conectado tiene una identidad única. Esta es la IoT.

Históricamente, los sensores utilizados en la fabricación y las industrias de proceso solo capturaron datos – temperatura, humedad, presión barométrica posiblemente — dejando una respuesta de circuito de PID o dejando la presentación para un registrador de carta. Los actuadores tenían muy pocas opciones de captura de datos, generalmente se limita a salidas de codificador. Los albores de la IT estimularon la creación de la IIoT, la versión industrial de los dispositivos conectados en red. Éstos utilizan protocolos industriales basados en Ethernet para enviar y recibir información del proceso.

El siguiente paso lógico es contar con estos dispositivos que «hablan» directamente al otro, lo que elimina la sala de control o controlador de supervisión y sacan seres humanos del circuito. Esto es lo que se conoce como comunicación «máquina a máquina». Está descentralizada la automatización.

Aplicaciones comerciales e industriales

Los dispositivos en red existen en el espacio del consumidor durante varios años. El termostato Nest fue uno de los primeros dispositivos conectados, seguido por monitores de bebé inteligente, sistemas de control de acceso e incluso electrodomésticos inteligentes. Imagínese un monitor de bebé que suena una alarma en respuesta a cambios en ritmo cardíaco o temperatura y luego aconseja a los padres sobre la ubicación del Centro de Atención de Urgencia más cercano, o un refrigerador que sabe las fechas de caducidad de todo.

En la fabricación y las industrias de proceso, la promesa de IIoT es doble:
  1. Los actuadores y sensores en red serán proporcionados, distribuidos, control autónomo, que responde a eventos según sea necesario. Mejorará la calidad de salida como se elimina la variación y la productividad va a subir mientras se reducen los desperdicios y desechos. Por ejemplo, el monitoreo de los niveles de luz reflejados podrían permitir un proceso de impresión para adaptarse a los cambios en los revestimientos de material. Alternativamente, podría adaptar un proceso de calentamiento y tiempos de secado para adecuarse al variable contenido de humedad en materiales de entrada.
  2. Como crece la capacidad para monitorear los activos físicos, especialmente aquellos ampliamente distribuidos, el equipo señalará su «salud» física. Las averías se convertirán en una cosa del pasado, mientras que el mantenimiento se hace más preciso, prolongando la vida útil de los activos y el aumento de rendimiento de la inversión. Por ejemplo, una bomba podría controlar las presiones, las temperaturas y las vibraciones. Un cambio en la firma impulsaría a identificar las partes que necesitan cambiar, comprobar si ya están en el inventario y crear un orden si no están. Entonces, se comunican con el sistema de control de producción para programar un tiempo de inactividad e incluso imprimir una orden de trabajo para el técnico cuando es el momento de hacer el trabajo.

Estado actual

Algunas de estas opciones de IIoT todavía están en la fase de investigación, pero muchos están disponibles ahora. Un número creciente de dispositivos viene con capacidades de inteligencia y comunicaciones integradas. Un detector inteligente para medir la temperatura sabe los valores de corrección necesarios para lecturas precisas y se pueden enganchar directamente a un registrador. Los registradores de datos no solo registran propiedades como temperatura y presión, sino que envían los números a través de Ethernet o inalámbricamente, a otros sistemas.

Cuestiones y preocupaciones

Ninguna discusión de la IIoT estaría completa sin una mención de los retos. Entre estos se incluyen:
  • Energía - cuando una fuente de 24V no está disponible, la alternativa es pilas de larga duración junto con innovadoras estrategias de espera/»Wake-On-LAN» para minimizar el consumo de energía. Además, las variantes de energía baja de Wi-Fi están surgiendo para aumentar la duración de la batería.
  • Mirando hacia el futuro, las técnicas de recolección de energía pueden proporcionar energía «gratuita» para la vida del dispositivo.
  • Seguridad—Los usuarios industriales de dispositivos inteligentes reconocen los riesgos de las comunicaciones interceptadas y exigirán cada vez más que los proveedores incorporen salvaguardias apropiadas y protocolos de codificación.
  • Protección de datos—Todas las transacciones de medición se reconocen con reintentos automáticos y a prueba de fallos están en lugar para proporcionar el registro de datos local en cada punto de falla de red posible.
  • Rango—protocolos Bluetooth y Wi-Fi__33 tienen un limitado rango, pero algunos dispositivos son eficaces sobre 1000 m (3280'). Las paredes y otras obstrucciones reducen el rango.
  • Velocidad de datos—Cuando los dispositivos transmitan en forma de muestra, la tasa de datos es raramente un problema. Sin embargo, podría ser un problema en el futuro a medida que crece la cantidad de datos a enviar. Las tasas de transmisión de datos adaptables basadas en cambios del valor medido pueden mitigar la congestión en la red como la cantidad de datos aumenta.
  • Validez de los datos—monitoreo de vida útil y sensor de salud para accionar el mantenimiento predictivo.
  • Inmunidad frente a interferencias. Equipos eléctricos, especialmente los motores o la creación de un arco, pueden causar interferencias electromagnéticas. Esto puede conducir a la pérdida de datos o rango reducido. Se deben considerar estos factores para el emplazamiento de los transmisores y receptores.
 Presión barométrica, Temperatura y Transmisores de Humedad
Presión barométrica, Temperatura y Transmisores de Humedad

La tecnología de la Industria 4.0 está aquí.

La Industria 4.0, un término que abarca «Internet Industrial de las cosas» (IIoT) junto con la comunicación de máquina a máquina (M2M) e IPv6, busca consolidar los avances en sensores y comunicaciones que ya están en marcha. Mientras que todavía queda mucho, los dispositivos que incorporan los conceptos de IIoT que ya están disponibles. Los transmisores y receptores inalámbricos, junto con comunicación Ethernet y tecnología de servidor web, significan procesar la información que puede accederse remotamente por alguien con autorización. Esta visibilidad mejorada permite control superior y una respuesta más rápida en caso de problemas, ahorro de fabricación y tiempos de proceso de trabajo y dinero mientras mejora la utilización de los activos.

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