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14-Jose Jordi-Mora-Montes

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PRINCIPIOS DE LA CUARTA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL CONCEPTOS Y
DEFINICIONES.
José Jordi Mora Montes*, José Luis Avendaño Juárez.
Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Querétaro
jjordimora@gmail.com
Resumen.
En los últimos años se ha venido gestando un nuevo concepto en la producción industrial. En
este caso dicho concepto se denomina: Industria 4.0, que forma parte de las nuevas disposiciones
del gobierno de Alemania para tener una producción totalmente automatizada. El concepto de
Industria 4.0 se denomina así por ser considerada la cuarta revolución industrial. Industria 4.0
sienta sus bases en la fábrica inteligente que es un concepto en el cual todos los procesos están
interconectados a través del Internet de las cosas (IOT, del inglés Internet of Things). El objetivo
del presente trabajo es presentar los principales conceptos y definiciones que esta nueva
revolución industrial trae consigo; además, de proporcionar al lector una revisión sobre algunos
de los avances que se han tenido en empresas donde se ha implementado Industria 4.0. La
investigación está basada en los diferentes documentos que se han ido liberando por las
empresas, los artículos de investigación especializada y los portales de Internet del área de
automatización. Finalmente, se hace una prospectiva sobre el caso de México y en particular en
las opciones que se van a abrir para las ramas afines a la automatización con respecto a los
nuevos estándares y las oportunidades de desarrollar productos en la universidad bajo los
conceptos de Industria 4.0.
Antecedentes.
A lo largo de la historia se le ha denominado revolución industrial al periodo de tiempo donde
se ejerce una implementación e investigación de las ciencias en las áreas industriales, estas se
definieron por desarrollos innovadores que permitieron a los países que participaron en ellas un
crecimiento económico. Estas eras son definidas por la historia por sucesos que dieron lugar a
las 3 primeras revoluciones industriales.
La primera revolución industrial está comprendida entre la segunda mitad del siglo XVIII y la
primera del siglo XIX, comenzó en reino unido para posteriormente extenderse a Europa
occidental y Norteamérica. El impacto tan significativo debido al cambio del sistema de
producción basado en trabajos manuales y el uso de la tracción animal como medio de
transporte, a uno que usa maquinas industrial además de medios de transporte más eficientes.
Todas estas transformaciones fueron posibles gracias a la invención de la máquina de vapor por
James Watt para la posterior implementación del motor de combustión interna. Estos apoyados
por el suministro de energía en base al uso del carbón.
La segunda revolución industrial al igual que su antecesora fue una transformación socio
económica que afecto el factor trabajo y el sistema de educación, este periodo de la historia
abarca entre 1850 a los principios de la primera guerra mundial en 1914. El impacto generado
en esta segunda revolución industrial en la utilización de nuevas fuentes de energía como el gas
o el petróleo, el uso de nuevos materiales para la fabricación de distintas cosas, la llegada de
nuevos sistemas de transporte, finalmente la introducción a las telecomunicaciones ya sea el
teléfono o la radio.
La tercera revolución industrial es una revolución científico tecnológica, concepto y visión
esbozados por Jeremy Rifkin, al ser algo tan cercano a nuestra época es difícil definir los tiempos
de está era, el contrario es fácil saber cuáles son países que forman parte de esta revolución, los
cuales son caracterizados por capital financiero y tecnológico-científico. Los cambios que
definen a esta era es la transición a las energías renovables, la innovación en tecnologías de
almacenamiento de la energía además de la tecnología de red de distribución de energía eléctrica
“inteligente”.
Puntualmente el termino industria 4.0 es una termino implementado por el gobierno alemán para
una nueva generación industrial con procesos totalmente automatizados, también es conocido
como industria inteligente o ciber- industria. La finalidad de la industria 4.0 es incrementar el
número de fábricas inteligentes, capaces de adaptases a las necesidades y a los procesos de
producción. Las tecnologías o tendencias que definen a este término son el internet de las cosas
enfocado tanto a las líneas de producción como al producto en si, los sistemas ciberfísicos estos
son esencialmente sistemas que pueden interactuar con en el entorno físico ya sea usando
sensores y elementos finales de control además de tener la capacidad de interactuar con entornos
virtuales como por ejemplo un sistema SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de
Datos), finalmente esta filosofía tiene la capacidad de ser implementada y desarrollada por los
usuarios, de acuerdo a sus necesidades.
Los trabajos relacionados con la industria 4.0 en años recientes están basados en la importancia
de la adquisición de datos en tiempo real, almacenamiento, transferencia de datos y su
procesamiento los datos. Tal como se muestra en el trabajo titulado “Towards an Integrative
Big Data Analysis Framework for Data-driven Risk Management in Industry 4.0” además de
este de la búsqueda para poder clasificar los datos generados entiempo real por medio de una
tarjeta de adquisición de datos como fue descrito en el trabajo “Comparison between MultiClass Classifiers and Deep Learning with Focus on Industry 4.0”. Finalmente denotamos que
los trabajos están enfocados tres aspectos muy importantes los cuales son la adquisición de los
datos de la línea de producción, la transmisión de los mismos y finamente su análisis para genera
algoritmos de clasificación o de modelado.
Descripción del problema.
El problema radica en que desde los inicios de la primera revolución industrial en la segunda
mitad del siglo XVII hasta la actualidad el México no ha tenido una participación directa en esta
era pues funge únicamente como país maquilado sin aportar algo más que mano de obra.
Encontraste los países que antenado una participación más directa, en materia científica y
tecnológica tienen un mayor crecimiento económico en comparación de sus contrapartes que
únicamente son países maquiladores. En el enfoque económico y político, el problema radica
en la falta de un aporte diferente al de manos de obra de nuestro país.
Por otro lado de manera tecnológica y científica los aportes están enfocados en lecturas claras,
transmisiones de los datos en tiempo real o en los métodos para usar los datos generados ya sea
para su clasificación para alguna otra tarea que se necesite usar la llamada big data en conjunto
con modelos de los sistemas.
Justificación del proyecto.
La justificación del proyecto radica simplemente que la comunidad científica de la zona pueda
proponer diferentes soluciones a los problemas a los que se enfrenta la denominada cuarta
revolución industrial. Para que el aporte e implementación de los desarrollas científico
tecnológico sean traducido en un crecimiento económico para la región a su vez en mejores
condiciones laborales para la gente que trabaja en la industria. La justificación científica y
tecnológica es generar una línea de producción basada en los términos asociados a la industria
4.0 para una mejor producción. La línea de producción es una línea para embotellar agua.
Hipótesis.
En una línea de producción para embotellar agua se realizara un sistema desarrollado para
calcular mantenimientos predictivos reduce los tiempos de paro y los costos de reparación
comparados con los mantenimientos correctivos, preventivos y los mantenimientos periódicos.
Objetivos.
Desarrollar un sistema embebido, el cual pueda calcular mantenimientos predictivos de una
línea de producción (embotelladora de agua), implementando la filosofía de la industria 4.0.
Difundir la filosofía de la industria 4.0 en los sistemas de producción en desarrollo de
universidades con planes de estudio en áreas afines.
Desarrollar una tarjeta de adquisición de datos, capaz de conectarse a la red y mandarlos datos
recolectados por la tarjeta y el análisis será echo por medio de un programa que analice los
datos.
Metodología.
La metodología que a continuación se describe es para implementación de in sistema ciberfísico
asociado a internet (internet de las cosas), destinado a ser implementado en una línea de
embotellamiento. Las cuales desglosadas grosso modo podremos dividirlas en cuatro etapas que
es desarrollo, verificación de su desempeño, implementación en la línea de producción
finalmente la validación del sistema implementado comprobando la hipótesis.
El desarrollo del sistema embebido se desarrollara con una FPGA fungiendo como una tarjeta
de adquisición de datos en tiempo real con capacidad de conectare a plataformas web, la cual
será utilizada como sistema SCADA además de la interfaz también es imperativo desarrollar
el método para el cálculo de mantenimientos predictivos.
En la verificación del desempeño se pondrá a trabajar en paralelo con un sistema el cual nos
permita comparar las mediciones que se van generando poco a poco, para demostrar que los
datos obtenidos son reales e idénticos a los del sistema en paralelo al nuestro además de ver si
efectivamente esta en tiempo real las mediciones que poco a poco va obteniendo. A la par de
esta etapa es la implantación en la línea de producción con el fin afinar detalles de
implementación e instalación.
En la etapa de validación la desarrollaremos usando un modelo anova donde nuestros datos de
entrada serán los tipos de mantenimiento (predictivo, correctivo o periódico) y los datos de
salida serán los tiempos de mantenimiento y costos de mantenimiento. Si la hipótesis de la
investigación es correcta o viable será que los mantenimientos predictivos generaran un menor
costo y un menor tiempo de para por mantenimiento.
Referencias.
[1]Lasi, H.; et al.: "Industry 4.0." Business & Information Systems Engineering 6.4 (2014): 239242.
[2] Alfredo Alan Flores Saldivar: Industry 4.0 with Cyber-Physical Integration: A Design and
Manufacture Perspective 11-12 September 2015
[3] Keliang Zhou: Industry 4.0: Towards Future Industrial Opportunities and Challenges (2015)
[4] Michal Lom: Industry 4.0 as a Part of Smart Cities(2016)
[5] Tim Niesen: Towards an Integrative Big Data Analysis Framework for Data-driven Risk Management in
Industry 4.0 (2016)
[6] Martin Miškuf: Comparison between Multi-Class Classifiers and Deep Learning with Focus
on Industry 4.0(2016)
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