¿Es la molécula el siguente hito en el sector manufactura?

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10 minutos de lectura 27 may 2019

Con la llegada de la Industria 4.0, el reto para las empresas será gestionar la convergencia de estos sistemas digitales con los físicos, y para los CEOs, es saber dónde y cómo invertir.

El mundo de la manufactura está experimentando actualmente una transformación, comúnmente conocida como Industria 4.0. En esta transformación, la posición por defecto de muchos ejecutivos de la junta directiva ha sido la de invertir en tecnologías de la Industria 4.0, como inteligencia artificial (IA), Internet industrial de las cosas (IIoT), impresión en 3D y las plataformas basadas en la nube. La expectativa de que el gasto en tecnologías de fabricación inteligentes aumentará en casi 300.000 millones de dólares (12% CAGR) para 2023 refleja este hecho. Sin embargo, el reto para las empresas será gestionar la convergencia de estos sistemas digitales con los físicos, y para los CEOs, es saber dónde y cómo invertir.

Las fábricas se vuelven más inteligentes

La idea de que una "fábrica inteligente" puede lograrse simplemente añadiendo IA y otras herramientas avanzadas es simplista. Las compañías manufactureras no están empezando en la zona cero. Han gastado miles de millones en las últimas décadas desplegando metodologías ágiles, gestión de recursos empresariales (ERP) y otros tipos de sistemas de TI para mejorar los flujos de procesos, mejorar la visibilidad y hacer que la producción bajo demanda sea factible y rentable. Sin embargo, muchos fabricantes no han podido cosechar plenamente los beneficios de estas inversiones y, aunque la tecnología es una vía tentadora en la búsqueda del próximo avance en el rendimiento, es posible que no aborde los problemas fundamentales que han impedido la optimización hasta ahora.

Parte del desafío es que los líderes empresariales y operativos están aislados unos de otros. No hablan el mismo idioma. Operan dentro de diferentes ecosistemas de proveedores. A nivel estratégico, la C-suite recibe asesoramiento de consultores y otras empresas de servicios profesionales. Los líderes operativos tratan con los proveedores de tecnología industrial y sus recomendaciones. Las dificultades relacionadas con el rendimiento de la Industry 3.0 deben ser remediadas para poner a las empresas manufactureras en la mejor posición para construir las hojas de ruta de la Industry 4.0 y aplicarlas a las soluciones de tecnología inteligente.

Con los elementos fundamentales adecuados, las soluciones tecnológicas de Industry 4.0 sin duda ayudarán a las fábricas y cadenas de suministro a ser más inteligentes al proporcionar una mayor visibilidad operativa, así como la capacidad de predecir problemas y controlar los efectos. Las comunicaciones inalámbricas celulares de quinta generación (5G) que aprovechan la tecnología de punta desencadenarán dispositivos y sensores IIoT que servirán como medio para capturar los flujos de datos críticos a través de los activos de fabricación, tanto nuevos como heredados, a una escala mucho mayor. Los datos generados por el ecosistema IIoT serán procesados rápidamente por la IA, generando conocimientos que ahora son operativos gracias a la automatización de procesos robóticos (RPA). La creación de gemelos digitales -representaciones de software de plantas físicas de fabricación u otros activos- facilitará la simulación, monitorización, prueba y modelización de datos en un entorno virtual para mejorar enormemente los KPIs del mundo real.

Nuestra visión es que la industria 4.0 se trata de hacer que las fábricas sean realmente más inteligentes, no sólo digitalizarlas. Y las personas pueden ser el factor más importante en esta transformación. Las tecnologías Industry 4.0 superpuestas a las ya de por sí altamente productivas inversiones en equipos heredados permiten a los operadores y a los equipos rendir a niveles cada vez más altos, es decir, a la excelencia en la fabricación.
Andrew Caveney
EY EMEIA Advisory Markets and Solutions Leader

El uso de procesos de fabricación y de otro tipo siguen siendo componentes importantes para la industria 4.0. Los estudios han demostrado que  se capturan más sinergias a un costo menor  cuando los programas de manufactura y las iniciativas de Industry 4.0 se implementan de manera integral, en lugar de ser independientes o secuenciales. Las formas de trabajo estándar seguirán siendo factores críticos para el éxito, junto con el empoderamiento de la fuerza laboral y la capacitación. Las empresas manufactureras exitosas podrían ser aquellas que se comprometen de manera transparente con su fuerza laboral como parte del viaje de Industry 4.0. Una reciente encuesta mundial indica que casi dos tercios de los empleados  aceptan IA si se eliminan tareas tediosas y se mejora la toma de decisiones, pero tres de cada cinco empleadores aún no han discutido las implicaciones de la IA con sus empleados. Inevitablemente se necesitarán nuevas habilidades, pero las herramientas de Industry 4.0 (por ejemplo, el uso de la realidad aumentada para ayudar a un operador a realizar reparaciones remotas) también pueden mejorar la productividad y la contribución de los empleados existentes.

Preguntas para el C-suite
  1. ¿Qué problemas comerciales específicos pueden resolver sus inversiones en tecnología 4.0?
  2. ¿Qué tan integrados están los aspectos estratégicos y operativos de su negocio?
  3. ¿Cómo atraerá nuevos tipos de talento al tiempo que involucra a su fuerza laboral actual en la recapacitación y la mejora de capacidades para satisfacer las futuras necesidades?

La fabricación se vuelve más distribuida

Las tecnologías digitales permiten que el modelo tradicional de producción en serie centralizada sea completamente rediseñado para permitir un modelo más distribuido. Mientras que el modelo de fabricación tradicional se centraba en la producción en masa en ubicaciones de bajo costo para reducir el costo del producto y obtener ventajas de arbitraje laboral, un modelo distribuido se basa en capacidades de producción más pequeñas, flexibles y escalables que funcionan a través de una red conectada digitalmente. Este modelo reduce la longitud, la complejidad y el costo de las cadenas de suministro, y permite una rápida personalización de los productos y una mayor capacidad de respuesta del mercado local.

La impresión en 3D no sustituirá a la producción en masa clásica, en la que todavía tiene sentido desde el punto de vista del volumen y los costos, sino que será extremadamente útil para rediseñar piezas con el fin de obtener una funcionalidad adicional o para integrar un antiguo conjunto de piezas en una pieza más compleja, de modo que no sea necesario un ensamblaje adicional, así como para fomentar las aplicaciones hechas a medida.
Frank Thewhisen
EY Global Additive Manufacturing Leader

La impresión en 3D está en el corazón de la fabricación distribuida. La gama de materiales imprimibles en 3D continúa expandiéndose más allá de los plásticos para incluir metales, resinas y cerámicas. En comparación con los procesos tradicionales de moldeo, mecanizado y fundición, se pueden conseguir geometrías más complejas. Aunque las técnicas aditivas se utilizan ampliamente para la creación de prototipos, una encuesta realizada en 2019 indica que más fabricantes han comenzado a utilizar la impresión en 3D para tiradas de producción a gran escala. La capacidad de imprimir a partir de archivos electrónicos ha dado lugar a nuevos modelos de negocio de fabricación como servicio (MaaS), lo que permite a los fabricantes obtener flexibilidad operativa y reducir los costos de propiedad aprovechando las oficinas de servicios de impresión en 3D bajo demanda.

La impresión 3D no suplantará las técnicas de fabricación más antiguas y probadas, pero se convertirá en una herramienta cada vez más importante junto con las capacidades tradicionales de fabricación sustractiva. Una mayor personalización del producto para reflejar la evolución de la demanda del consumidor, menores costos de inventario y logística, una producción más cercana a la necesidad y tiempos de entrega más cortos son solo algunos de los beneficios que ofrece un entorno de producción más distribuido.

Preguntas para el C-suite
  1. ¿Cómo está aprovechando la impresión en 3D en un modelo más distribuido para mejorar su innovación, el desarrollo de productos, las relaciones con los clientes y la velocidad de comercialización?
  2. ¿Cómo podrían competir las pequeñas empresas de impresión en 3D contra usted utilizando diferentes modelos de negocio y bases de activos más ligeras?
  3. ¿Cómo protege su propiedad intelectual digital (P.I.) a medida que las capacidades de impresión en 3D se democratizan cada vez más?

La producción se dirige hacia materiales más limpios y muchos menos residuos

Los clientes, inversores, empleados y otras partes interesadas esperan cada vez más que los fabricantes utilicen procesos que reduzcan los impactos ambientales, conserven la energía y los recursos naturales y demuestren ser seguros para las comunidades. Y los fabricantes de todo el mundo están invirtiendo en prácticas y productos de producción más sostenibles, para reemplazar las técnicas más antiguas que generalmente se basan en la física y dependen de tecnologías de procesamiento de alta temperatura. Estas inversiones más sostenibles se estiman en un valor combinadode US $ 2 mil millones en ahorros de costos y la generación de ingresos.

Una revolución de materiales más limpios es parte de la ecuación. Abundantes recursos, como el carbono, están siendo diseñados a nanoescala para crear nuevos materiales, como el grafeno, que pueden ser sustituidos por metales escasos y costosos. Los aviones súper ligeros fabricados con grafeno podrían reducir los costes de combustible.

El borofeno, un nuevo material compuesto de una sola capa de átomos de boro que forman varias estructuras cristalinas, tiene el potencial de ser utilizado como material anódico para baterías de iones de litio más potentes, además de funcionar como un sensor para detectar diferentes moléculas y átomos.

Los materiales ultrafinos, algunos de los cuales pueden cambiar o evolucionar en respuesta a fuerzas como el calor, la luz o la electricidad, podrían alargar la vida de la batería, hacer que las células solares sean más eficientes y desalinizar el agua. Los materiales de autocuración podrían prolongar la vida útil de los productos, desviándolos del flujo de residuos. Con una producción de concreto que contribuye al 7% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono, los científicos de laboratorio se concentran en manipular partículas a nanoescala o en aprovechar las bacterias productoras de cal en el cemento para hacer un producto más duradero y menos intensivo en recursos.

Vea este video para aprender más sobre cómo la naturaleza puede revolucionar lo que hacemos y cómo lo hacemos.

Mirando aún más lejos, hay algunas investigaciones prometedoras que sugieren que algún día podremos ser capaces de manipular átomos y moléculas para construir objetos más grandes y complejos con precisión atómica. Este es el sueño de la fabricación molecular. Teóricamente, la producción ascendente a partir de abundantes materiales naturales podría traducirse en cero residuos. A un alto nivel, el concepto de fabricación molecular prevé que las moléculas se auto-organicen para formar estructuras más grandes bajo instrucciones específicas o claves ambientales (auto-ensamblado), o mediante el uso de herramientas a nanoescala que sostienen, posicionan y generan moléculas (ensamblado posicional).

Algunos investigadores están utilizando el auto-ensamblado para crear nuevos materiales y explorando el uso de nanorobots programables para realizar la manipulación y síntesis molecular. Por ejemplo, los investigadores del Instituto Femto-ST de Francia construyeron recientemente una pequeña casa de tan sólo 20 micras de diámetro (una micra equivale a una millonésima parte de un metro) en el extremo de una fibra óptica utilizando un sistema de fabricación nanorobótico. En la Universidad de Manchester, los científicos construyeron un nanorobot compuesto por 150 átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno que pueden ser programados para mover y manipular moléculas individuales utilizando un pequeño brazo robótico. Sus inventores prevén que los robots moleculares comenzarán a utilizarse para construir moléculas y materiales en las líneas de montaje de las fábricas moleculares en un plazo de 10 a 20 años. Esta investigación es emocionante, pero de ninguna manera es un hecho que los primeros hallazgos funcionarán a escala.

Preguntas para el C-suite
  1. ¿Cómo están infundiendo la producción sostenible en sus estrategias de crecimiento y eficiencia?
  2. ¿Cuándo y cómo están incorporando consideraciones sobre nuevos materiales en el ciclo de desarrollo de productos?
  3. ¿Cómo está aprovechando a los gemelos digitales para supervisar y mejorar sus procesos de producción sostenibles?

La revolución de la fabricación

La tecnología digital domina las prioridades de muchas empresas a medida que la innovación constante revela nuevas y tentadoras oportunidades para mejorar el rendimiento. Sin embargo, la revolución de la fabricación en nuestras manos sólo se logrará a través de la optimización de los sistemas digitales, físicos y biológicos que trabajan juntos. Con la investigación de vanguardia a la cabeza, es evidente que acabamos de entrar en un período de varios años de interrupción para las industrias basadas en la fabricación. Pero la promesa del otro lado de la interrupción es atractiva. Los fabricantes, sus clientes y el medio ambiente en general se benefician enormemente al aprovechar los procesos de producción que son más eficientes, más distribuidos e infinitamente más limpios.

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Resumen

La intersección de los sistemas humanos, digitales y físicos está creando una revolución en lo que hacemos y cómo lo hacemos. Al adoptar una visión holística de cómo interactúan estos ecosistemas, los fabricantes crearán una fabricación más inteligente, más distribuida y más limpia, que se convertirá en el sello distintivo de Industry 4.0. Los líderes empresariales que adopten este enfoque desde el principio obtendrán una ventaja competitiva significativa para su empresa.

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