Este es el segundo de una trilogía de posts describiendo lo que preveo será la evolución natural de la economía, la manufactura y la logística, respectivamente. Este post describe la evolución de la manufactura a la digitalización e integración. En particular, me enfocaré en el concepto de Industria 4.0 y el efecto de la impresión 3D en la manufactura. Aunque este post puede ser leído independientemente de los demás, recomiendo que se lea luego del post de la evolución de la economía.

Se dice que la industria ha tenido tres evoluciones que cambiaron la forma que se manufactura. La primera evolución de la industria fue la mecanización, también conocido como la revolución industrial, donde la manufactura cambio de ser manual a utilizar máquinas que se movían con fuentes centralizadas de energía (e.g., máquinas de vapor). La segunda evolución vino con la electrificación, donde las máquinas utilizaban fuentes descentralizadas de energía (eléctrica). La tercera evolución fue la automatización a consecuencia de las computadoras. Si las primeras tres evoluciones son Industria 1.0, Industria 2.0 e Industria 3.0; pues ahora se dice que estamos entrando en la era de Industria 4.0 o la era de la digitalización e integración.

Industria 4.0 es una iniciativa del gobierno Alemán que busca conectar el mundo real con el mundo virtual. Las palabras claves asociadas con Industria 4.0 son fábricas inteligentes; sistemas ciber-físicos; internet de las cosas; auto-organización; comunicación entre máquinas; colaboración; y robots autónomos. Primeramente debo aclarar que Industria 4.0 es simplemente un concepto al que actualmente se le está dando forma y se le están dedicando muchos recursos. O sea, que nadie sabe exactamente lo que es y no es. Como yo preveo que este concepto terminará siendo implementado es que todas las máquinas en la fábrica estarán conectadas a un sistema centralizado que las monitorea y les da instrucciones a las máquinas en tiempo real para mantener la operación de la fábrica corriendo. Las máquinas reciben los comandos del sistema centralizado, pero toman decisiones autónomas para ejecutarlas. O sea, las máquinas reciben instrucciones de un sistema centralizado, pero interactúan entre sí y toman decisiones autónomamente para cumplir con las instrucciones. Esto es comunicación máquina-con-máquina (M2M). La integración que describí es a nivel horizontal (i.e., a nivel de una planta), pero igualmente esta integración existirá de manera vertical (i.e., en su cadena de suministros) donde el sistema centralizado de una fábrica interactúa con el otro y puede comunicarse con sus recursos.

Recientemente estuve en Alemania y visité varias compañías que están ayudando a concretizar este concepto y tuve la oportunidad de participar en discusiones sobre el futuro. Permítame dar un ejemplo de cómo se debe ver una fábrica en el futuro. Un camión autónomo llega a una fábrica y se reporta como que llegó y entrega electrónicamente el manifiesto de su carga a nivel de unidades. Cada unidad tiene una etiqueta inteligente tridimensional (como un QR y la tercera dimensión son los colores) que describe el historial de la unidad (¡sí, estoy hablando a nivel de unidades individuales!). El camión, al igual que todas las máquinas y productos, tiene la capacidad de intercomunicarse con las demás cosas (esto se conoce como el Internet de las Cosas donde todo está intercomunicado). El sistema centralizado despacha unos vehículos autónomos internos para que descarguen el camión. Los vehículos se auto-organizan, negocian y colaboran para recoger los productos. Los productos estarían puestos en carritos para que los vehículos se les metan por debajo y los puedan mover (como el sistema Kiva). Estos vehículos interaccionarían con el camión de manera automática para descargarlos. Los productos son transportados por los vehículos autónomos hasta un punto de descargue a una correa automatizada o hasta su lugar de almacenaje. Cuando los vehículos reportan que completaron su tarea se procede a actualizar la información de inventario, actualiza las etiquetas inteligentes de los productos y se despacha el vehículo. Las líneas de producción (manuales o automatizadas) están conectadas a este sistema centralizado por lo que todo lo que pasa en la estación es conocido y controlado por el sistema centralizado. Si el nivel de inventario de una parte llega a un límite el sistema ordena a un vehículo a recoger y entregar material a la estación. Es posible que el sistema centralizado le ordene al producto moverse y que el producto interactúe con el vehículo como hacemos nosotros cuando pedimos un taxi (o un Uber). El momento donde se solicita el producto depende del tráfico que hay en la fábrica y cuánto se espera que demore en llegar (JIT). ¡Espero que estén apreciando lo poderoso que sería este sistema! Si por ejemplo la línea de producción completa un lote, entonces un vehículo lo transporta a la próxima línea para ser inspeccionado o empacado. Las máquinas se auto-calibran y piden mantenimientos predictivos. El cargar los productos a (y descargar desde) vehículos ocurre automáticamente por medio de sensores. Los humanos podrán trabajar en las estaciones, simplemente tendrán que interactuar con las máquinas y vehículos inteligentes que los rodean. Eventualmente, llega un camión para recoger producto y el sistema despacha vehículos para que busque los productos y cargue el camión automatizado.

He visto estos vehículos autónomos funcionando y me impresionó lo que vi (los que me conocen saben que yo no soy fácil de impresionar). Los vehículos eran los dueños del show. Los utilizaban para alimentar celdas de manufactura que operaban con one-piece-flow bajo el concepto de manufactura esbelta (lean manufacturing). Era una ver una simulación gigantesca en vida real. De hecho, preveo que las herramientas de simulación de eventos discretos serán herramientas cruciales para los ingenieros industriales del futuro.

Hasta cierto punto, Industria 4.0 es la forma de preparar la manufactura para la evolución de la economía (les dije que leyeran ese post primero). Sin duda, la manufactura en masa (de productos idénticos) se continuará moviendo a manufactura (en masa) de productos personalizados. Esto obligará a que las cadenas de suministros se integren más aún. Los productos también tendrán que ser modulares. Por tanto, compañías competidoras ahora tendrán que colaborar para desarrollar estándares en los productos que permitan la modularidad y abaraten costos de investigación y desarrollo. Pueden esperar que habrá mucha coopetencia (cuando los competidores colaboran) con todos los retos que trae como propiedad intelectual, valor de la información, etc.

Todo se pone aún más interesante cuando consideramos el impacto de la impresión tridimensional (3D printing) en la manufactura. La impresión 3D nos permite enviar la “receta” digital de cómo hacer un producto para poder manufacturarlo en una impresora. O sea, que en vez de yo manufacturar un producto en mi fábrica, almacenarlo y transportarlo a mi cliente; ahora simplemente lo imprimiré allí mismo justo cuando lo necesiten. Evidentemente esto lo cambia todo. Note que la impresión 3D es un ejemplo perfecto de la digitalización. Yo visualizo que inicialmente habrá espacios compartidos de impresión 3D al lado de la fábrica de ensamblado para sustituir gran parte de la manufactura que antes se hacía en las instalaciones de los suplidores. Eventualmente estos espacios evolucionarán a que sean los mismos ensambladores los que se encarguen de imprimir y simplemente le paguen al suplidor por usar su diseño y paguen por la impresión. No todo podrá ser impreso tridimensionalmente, pero muchas cosas sí. En especial, la impresión 3D reducirá el mercado de manufactura de partes de reemplazo ya que los clientes tendrán acceso a imprimirlos cuando los necesiten. Las cadenas de suministros tendrán que re-barajear sus operaciones a consecuencia de esta tecnología. Sin lugar a duda, la impresión 3D será un disruptor muy grande en la manufactura y encaja perfectamente con el concepto digital e integrado de Industria 4.0. Me parece que al igual que lean manufacturing hizo que se redujera el tamaño de las máquinas, la impresión 3D hará que se reduzca el tamaño de las fábricas.

Las fábricas, ahora más pequeñas e integradas, también se deben poder modularizar para añadir y eliminar capacidad. Sería hermoso si llegamos a tener líneas de manufactura que sean plug-and-play. Me parece que eventualmente comenzaremos a ver manufactura rodante; donde pequeñas líneas de manufactura se muevan para estar cerca de los clientes y así ser más ágiles y abaratar costos de transportación. Reconozco que esto creará otros problemas sociales interesantes, pero me hace sentido dado cómo evolucionará la economía. Quiero que entiendan que esto no es lo que yo propongo que ocurra, sino que lo que entiendo que pasará. Pensar en el futuro es bien difícil porque llegas a puntos como este donde de momento parece que estás sugiriendo que en el futuro volveremos a ser nómadas que nos movemos detrás de las fábricas.

Ya les describí cómo evolucionará la economía y la manufactura. Evidentemente estas cosas tendrán un efecto muy grande en la logística y distribución. En el último post de esta trilogía presentaré cómo preveo que evolucionará la distribución y la logística. Prepárese para lo que viene por que el futuro será para-pelos.