Industria 4.0: definición, características y tecnologías

Milthon Lujan Monja

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Imagine una fábrica donde las máquinas se comunican entre sí, los robots trabajan junto a los humanos y la producción se optimiza en tiempo real. Ésta es la visión de la Industria 4.0, la cuarta revolución industrial que está transformando el sector manufacturero.

La industria 4.0, también conocida como la Cuarta Revolución Industrial, está revolucionando la forma en que las empresas fabrican, mejoran y distribuyen sus productos y servicios a través de tecnologías como la inteligencia artificial, el internet de las cosas y la robótica; en este sentido, está creando un nuevo entorno competitivo.

Los conceptos y tecnologías de la Industria 4.0 se pueden aplicar en todo tipo de empresas industriales y sectores; y no se trata sólo de invertir en nueva tecnología y herramientas para mejorar la eficiencia de fabricación, se trata de revolucionar la forma en que tu negocio funciona y crece.

Diversos especialistas reconocen que la Industria 4.0 representa una gran oportunidad para desarrollar y mejorar en la competitividad, aunque el estado de preparación para su implementación varía ampliamente dependiendo del país, sector o entre compañías individuales (Ślusarczyk, 2018). En este sentido, si estás liderando una compañía debes empezar a preparar a tu organización para iniciar el camino hacia la fabricación inteligente.

En este artículo te presentamos información sobre la definición, característica, tecnologías, ejemplos de la industria 4.0, y también en que se diferencia de la Industria 5.0.

¿Qué es Industria 4.0?

El término Industria 4.0, también conocida como la Cuarta Revolución Industrial, fue introducida en Hannover Messe en el año 2011 (Giallanza et al., 2020), y el Gobierno Alemán lanzó la Industria 4.0 como un plan de alta tecnología para las industrias alemanas en el 2014 (Gonçalves et al. 2020; Xu et al., 2021).

Sinónimo de fabricación inteligente, la Industria 4.0, es la realización de la transformación digital del campo, que permite tomar decisiones en tiempo real, mayor productividad, flexibilidad y agilidad (IBM, ?).

Por su parte, Gonçalves et al., (2020) destaca que el concepto de «Industria 4.0 está asociado con la perspectiva técnica de un Sistema Ciberfísico (Cyber-Physical-System – CPS) integrada a las operación de fabricación y con las tecnologías de Internet de las Cosas (IoT) en los procesos industriales, que pueden ser representados por fábricas inteligentes, productos inteligentes, y redes de valor extendidas: integración vertical, horizontal y de extremo a extremo».

En este sentido, podemos definir a la Industria 4.0 como la transformación de la industria manufacturera a través de la adopción de tecnologías avanzadas como la inteligencia artificial (IA), el internet de las cosas (IoT), la robótica, la impresión 3D, entre otras. Esta nueva era de la fabricación se caracteriza por la conectividad, la automatización, aprendizaje automático y la digitalización de los procesos de producción.

Industria 4.0 representa la Cuarta Revolución Artificial en donde la inteligencia artificial es una de las tecnologías más empleadas
Industria 4.0 representa la Cuarta Revolución Artificial en donde la inteligencia artificial es una de las tecnologías más empleadas. Fuente: Christoph Roser at AllAboutLean.com

Características de la Industria 4.0

La Industria 4.0 es la cuarta revolución industrial en la historia de la humanidad. La primera revolución industrial, que tuvo lugar en el siglo XVIII, estuvo marcada por la introducción de la máquina de vapor y la mecanización de la producción. La segunda revolución industrial, a finales del siglo XIX y principios del XX, se caracterizó por la producción en masa y el uso de la electricidad. La tercera revolución industrial, que comenzó en la década de 1970, se vio impulsada por la automatización y la electrónica.

La Cuarta Revolución Industrial se caracteriza por la convergencia de los espacios físicos y digitales, lo que está revolucionando la forma en que se gestionan las operaciones de producción (Guo et al., 2021).

Los fabricantes están integrando nuevas tecnologías, que incluyen Internet de las Cosas (IoT), computación y análisis en la nube, inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático en sus instalaciones de producción y en todas sus operaciones. Al respecto, Meindl et al (2021) describe cuatro dimensiones de la Industria 4.0: fabricación inteligente, productos y servicios inteligentes, cadena de suministros inteligentes y trabajo inteligente.

De esta forma, la fabricación inteligente se caracteriza por el incremento de la automatización y el empleo de máquinas inteligentes y fábricas inteligentes, los datos informados ayudan a producir bienes de manera más eficiente y productiva en toda la cadena de valor.

Marr (2018) destaca que las máquinas conectadas recolectan un tremendo volumen de datos que pueden informar sobre el mantenimiento, el rendimiento y otros temas, así como analizar los datos para identificar los modelos y señales que pueden ser imposibles de realizar por los humanos en un período de tiempo razonable.

Por su parte, Agrawal et al (2020) describe que la cuarta revolución industrial se caracteriza por 4 tecnologías fundacionales aplicadas a lo largo de la cadena de valor:

  1. Conectividad, datos y poder computacional: sensores, internet de las cosas, tecnología en la nube y blockchain.
  2. Analítica e inteligencia: análisis avanzado, aprendizaje automático e inteligencia artificial.
  3. Interacción humano-máquina: realidad virtual y aumentada, robótica y automatización, chatbots.
  4. Ingeniería avanzada: fabricación aditiva, energía renovable y nanopartículas.
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Beneficios de la Industria 4.0

La Industria 4.0 ofrece una serie de beneficios para las empresas manufactureras, incluyendo:

  • Mayor eficiencia y productividad: La automatización y la digitalización de los procesos de producción pueden ayudar a las empresas a reducir el tiempo de producción, aumentar la eficiencia y mejorar la productividad.
  • Reducción de costos: La Industria 4.0 puede ayudar a las empresas a reducir los costos de producción, mano de obra y mantenimiento.
  • Mejora de la calidad del producto: La IA y el IoT pueden ayudar a las empresas a mejorar la calidad del producto mediante la detección temprana de defectos y la optimización de los procesos de producción.
  • Mayor flexibilidad y personalización: La Industria 4.0 permite a las empresas ser más flexibles y ágiles para adaptarse a las cambiantes demandas del mercado.
  • Nuevos modelos de negocio: La Industria 4.0 abre la puerta a nuevos modelos de negocio, como la fabricación bajo demanda y los servicios de pago por uso.

Impacto de la Industria 4.0 en la fabricación

La Industria 4.0 está teniendo un impacto significativo en la industria manufacturera, transformando la forma en que se diseñan, producen y gestionan los productos. Algunos de los cambios más importantes incluyen:

  • Transformación digital de la cadena de suministro: La Industria 4.0 está impulsando la digitalización de la cadena de suministro, lo que permite una mayor visibilidad y control de los flujos de materiales e información.
  • Automatización y robótica: La automatización y la robótica están desempeñando un papel cada vez más importante en la fabricación, lo que lleva a la reducción de la mano de obra y a un aumento de la productividad.
  • Fabricación inteligente y conectada: Las fábricas inteligentes y conectadas utilizan sensores y el IoT para recopilar datos en tiempo real sobre los procesos de producción, lo que permite tomar decisiones más inteligentes y mejorar la eficiencia.
  • Implicaciones para la fuerza laboral: La Industria 4.0 está creando nuevas oportunidades profesionales para las personas que han desarrollado competencias en las tecnologías digitales; sin embargo, también va a tener un impacto negativo en las personas que no realicen labores especializadas.

Para los consumidores, la Industria 4.0 puede conducir a: Precios bajos, Productos de mayor calidad, Mayor diversidad de productos para elegir, Productos más personalizados y sostenibles. Asimismo, Ching et al., (2022) reportan que las distintas funciones de sostenibilidad de la Industria 4.0 contribuyen al desarrollo de las dimensiones económica, ambiental y social de la sostenibilidad.

Ventajas y desventajas de la industria 4.0

La Cuarta Revolución Industrial ofrece una serie de ventajas para los empresarios debido a que permite automatizar muchos procesos, pero quizás la principal ventaja es contar con información en tiempo real que puede facilitar la toma de decisiones.

Según reporta IBM, el uso de dispositivos de Internet de las Cosas de alta tecnología en fábricas inteligentes conduce a una mayor productividad y una mejor calidad.

La industria 4.0 provee nuevas características y posibilidades en la fabricación en dos aspectos principales: el valor añadido al cliente final y las capacidades del proceso productivo (Oláh et al., 2020).

Masood et al (2020) en su estudio con pequeñas y medianas empresas del Reino Unido encontraron que la flexibilidad, los costos, la eficiencia, la calidad y la ventaja competitiva son los beneficios claves de la adopción de la Industria 4.0.

A pesar de las ventajas, la Industria 4.0 tiene algunas desventajas; entre las principales se encuentran que al estar interconectados todos los equipos y softwares un ciberataque podría afectar a toda la compañía.

Por otro lado, la inversión requerida para implementar la tecnología en muchos países aún tiene un costo elevado, lo que constituye una desventaja para muchas micro y pequeñas empresas.

¿Qué tecnologías están impulsando la Industria 4.0?

La Cuarta Revolución Industrial se caracteriza principalmente por el uso intensivo de las tecnologías de la información y comunicación en todos los procesos y la cadena de valor.

De acuerdo con los reportado por IBM (?), Oláh et al., (2020) y Sigov et al (2022) las siguientes tecnologías son las que están impulsando la Cuarta Revolución Industrial: Internet de las Cosas, Computación en la Nube (cloud computing), Inteligencia Artificial (IA) y Aprendizaje Automático, Edge Computing, Seguridad cibernética, Gemelo Digital, Análisis de la Big Data, Impresión 3D, Realidad aumentada; Sistemas Robóticos y Redes Móviles de Quinta Generación (5G).

Por otro lado, la Oficina de Patentes Europea (EPO) presentó un estudio sobre las patentes que tendrán un impacto significativo en la Industria 4.0. Las principales tecnologías que están impulando la Cuarta Revolución industrial las podemos resumir en:

  • Inteligencia artificial (IA): La IA se utiliza para analizar grandes cantidades de datos y tomar decisiones inteligentes en tiempo real. Esto puede ayudar a mejorar la eficiencia de la producción, la calidad del producto y el mantenimiento predictivo.
  • Internet de las cosas (IoT): El IoT permite conectar sensores y dispositivos a internet, lo que permite recopilar datos en tiempo real sobre el estado de los equipos y los procesos de producción.
  • Computación en la nube: La computación en la nube proporciona una plataforma para almacenar y procesar grandes cantidades de datos. Estos datos se pueden utilizar para entrenar modelos de IA, ejecutar simulaciones y analizar datos históricos.
  • Robótica: Los robots se utilizan para automatizar tareas repetitivas y peligrosas, lo que puede mejorar la seguridad y la productividad.
  • Impresión 3D: La impresión 3D permite fabricar piezas personalizadas y complejas de forma rápida y eficiente.
La planta de demostración de Industria 4.0 del consorcio de socios SmartFactory KL. ©SmartFactory-KL/A. Vender
La planta de demostración de Industria 4.0 del consorcio de socios SmartFactory KL. ©SmartFactory-KL/A. Vender

Principios para aprovechar la Industria 4.0

Debemos entender que el camino hacia la Industria 4.0 es un proceso de adopción de las tecnologías de información y comunicación.

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Gregolinska et al. (2022) describe siete principios fundamentales para escalar una transformación digital exitosa que permita a tu compañía se involucre en la Cuarta Revolución Industrial:

  1. Comunica bien y con frecuencia.
  2. Se específico: concéntrate en las necesidades comerciales reales y los desafíos de rendimiento actuales.
  3. Segmentar, seleccionar y sindicar.
  4. Formalizar el valor.
  5. Desarrollar una visión de tres a cinco años para la red.
  6. Diseña una hoja de ruta de fabricación digital.
  7. Sindicar la visión y asegurar la aceptación del liderazgo.

Competencias profesionales para la Cuarta Revolución Industrial

Los cambios que se vienen dando con la Industria 4.0 están obligando a las empresas buscar profesionales y técnicos con competencias vinculadas con las tecnologías digitales.

En este sentido, como profesional debes pensar en fortalecer tus competencias a través de programas de formación vinculadas con las tecnologías de la informática y las comunicaciones, manejo de bases de datos.

En su estudio, Pejic-Bach et al. (2020) concluyen que las empresas estadounidenses o alemanas, inmersas en procesos de fabricación inteligente, vienen demandando empleados con dos perfiles:

  1. Perfiles de empleo enfocados solamente en el conocimiento relacionado a la Industria 4.0: sistemas ciberfísicos y la internet de las cosas para la producción robotizada; y el diseño de producción inteligente y el control de la producción.
  2. Perfiles de empleo enfocados en áreas de conocimiento más generales que pueden adaptarse a la Industria 4.0: gestión del cambio en el suministro, satisfacción del cliente y software empresarial.

Asimismo, algunas plataformas de educación digital ofertan cursos con temáticas vinculadas a la Industria 4.0:

  • Coursera: Ofrece varios cursos sobre temas relacionados con la Industria 4.0, como IoT, inteligencia artificial, y gestión de la cadena de suministro.
  • edX: Plataforma que proporciona cursos de universidades reconocidas sobre temas de tecnología y gestión relacionados con la Industria 4.0.

Ejemplos de la Industria 4.0

Las tecnologías digitales que impulsan la Cuarta Revolución Industrial se vienen aplicando principalmente en la industria manufacturera; sin embargo, también viene adquiriendo importancia en diversos sectores económicos y de servicios, a continuación te presentamos algunos ejemplos de estas aplicaciones.

Medicina

El escenario de la pandemia del COVID-19 fue el escenario ideal para que la industria 4.0 muestre todo su potencial. Javaid et al., (2020) destacan que las tecnologías digitales brindan un método innovador para el aislamiento adecuado del paciente infectado por el COVID facilitando su atención a través de la telemedicina; asimismo, permite acelerar la fabricación de medicamentos, el proceso de tratamiento y la atención.

Otro ejemplo bastante interesante es el desarrollo de un software basado en la inteligencia artificial para identificar el cáncer a la piel. Por su parte, Karatas et al., (2022) reportan que el sector del cuidado de la salud viene adoptando la Cuarta Revolución Industrial mediante el uso de tecnologías como Internet of Health Things, sistemas médicos ciberfísicos, aprendizaje automático y Big Data (BD).

Industria de la construcción naval

Giallanza et al., (2020) estudiaron, diseñaron y validaron la implementación preliminar de la industria 4.0 en un prototipo de banco de pruebas para un propulsor azimutal de alta potencia en condiciones de carga completa; ellos utilizaron sensores de Internet de las Cosas para recopilar y registrar los datos.

Agricultura

Bernhardt et al., (2021) indica que los desafíos para la implementación de la Industria 4.0 en la agricultura se pueden identificar como la orientación a procesos, la estandarización, la comunicación de datos y la transferencia de conocimientos.

Asimismo, los cultivos inteligentes están permitiendo el uso de información digital detallada para guiar las decisiones a lo largo de la cadena de valor agrícola; de esta forma se están aplicando nuevas tecnologías y soluciones para brindar alternativas que ayuden en la recopilación y el procesamiento de información y, por lo tanto, contribuyan a aumentar la productividad agrícola (Iaksch et al., 2021).

Industria alimentaria

Abdo et al., (2023) publicaron un estudio en donde resumen las tecnologías alimentarias más relevantes de la Industria 4.0.

¿Industria 4.0 vs Industria 5.0?

A medida que las empresas comienzan a adoptar la Industria 4.0, la Comisión Europea viene promoviendo la Quinta Revolución Industrial (Industria 5.0).

Xu et al., (2021) describe que la Industria 4.0 está impulsada por la tecnología mientras que la Industria 5.0 está impulsada por el valor; y que la Quinta Revolución Industrial reconoce el poder de la industria para lograr objetivos sociales más allá del empleo y el crecimiento, para convertirse en un proveedor resiliente de prosperidad.

La industria 5.0 complementa el paradigma existente de la Industria 4.0 al destacar la investigación y la innovación como impulsores de una transición hacia una industria sostenible, centrada en el ser humano y resiliente (Comisión Europea, 2021). En el artículo sobre la industria 5.0 puedes encontrar una comparación más detallada de las diferencias entre ambos tipos de industrias.

Retos de la Industria 4.0

Si bien la Industria 4.0 ofrece muchos beneficios, también existen algunos desafíos que deben abordarse, entre ellos:

  • Ciberseguridad: El mayor uso de dispositivos y sistemas interconectados hace que los fabricantes sean más vulnerables a los ciberataques.
  • Privacidad de datos: La recopilación y el uso de grandes cantidades de datos genera preocupaciones sobre la privacidad y la seguridad de los datos.
  • Desplazamiento de fuerza laboral: La automatización y la inteligencia artificial podrían provocar pérdidas de empleo en algunos sectores de la industria manufacturera.
  • Brecha de habilidades: La adopción de tecnologías de la Industria 4.0 requerirá que los trabajadores tengan nuevas habilidades.
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Conclusión

La Cuarta Revolución Industrial representa un cambio importante en la forma en cómo se diseñan, fabrican y comercializan productos y servicios; Se caracteriza por el uso de tecnologías avanzadas como IA, IoT, computación en la nube y big data para conectar máquinas, analizar datos y automatizar procesos; con lo cual está creando un entorno más competitivo en el sector industrial.

La Industria 4.0 ofrece muchos beneficios, que incluyen mayor productividad, mejor calidad, reducción de costos, mayor flexibilidad y nuevos modelos de negocio. Sin embargo, también hay retos que es necesario abordar, como la ciberseguridad, la privacidad de los datos, el desplazamiento de la fuerza laboral y la brecha de habilidades.

Finalmente, presentamos una serie de ejemplos de la Cuarta Revolución Industrial en sectores como la medicina, la construcción de embarcaciones y la agricultura. De alguna manera estas experiencias están marcado el norte que deben seguir el resto de industrias.

Referencias bibliográficas

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