La guía definitiva de IoT industrial para fabricantes

¿Qué es IoT?

IoT significa Internet de los objetos. El Oxford English Dictionary define el Internet de los objetos como "un desarrollo propuesto de Internet en el que los objetos cotidianos tienen conectividad de red, lo que les permite enviar y recibir datos."

En pocas palabras, IoT es la red de objetos físicos conectados a Internet que pueden comunicarse entre sí y con otros sistemas.

IoT es habitual en nuestra vida cotidiana, desde las bombillas y los controles de temperatura controlados por wifi (como Nest) hasta los sistemas domésticos inteligentes (como Alexa y Google Home de Amazon).

¿Qué es IIoT?

El Internet industrial de los objetos, o IIoT, hace referencia a IoT utilizado en un contexto industrial. Estos conceptos giran en torno a la conexión de máquinas y la gestión de datos en "fábricas inteligentes" para lograr mejoras en la productividad y la calidad.

Los activos conectados y los dispositivos de borde envían información a las infraestructuras de comunicación de datos, que la convierten en información procesable. Con el tiempo, los ingenieros pueden utilizar estos datos para encontrar patrones que pueden ayudar a identificar problemas mayores y sus causas fundamentales. La información también puede ayudar a impulsar las decisiones empresariales y las mejoras de los procesos.

IoT vs. IIoT: ¿Cuál es la diferencia?

Mientras que las aplicaciones de IoT tienden a estar centradas en el consumidor, las de IIoT se centran en mejorar la eficacia en contextos de fabricación, cadena de suministro y gestión.

Para manejar máquinas críticas en industrias de alto riesgo, los dispositivos de IIoT deben ser sofisticados. Los sensores deben ser sensibles para proporcionar la precisión de datos necesaria para permitir la automatización, la visibilidad y el análisis que ofrecen a los fabricantes.

Por otro lado, los productos de IoT se utilizan en situaciones de menor riesgo, a menudo como productos de consumo. Sus ventajas suelen traducirse en comodidad, y las consecuencias del fallo de un equipo son menos graves.

En los entornos industriales, la continuidad de la producción, la seguridad y la protección son fundamentales. El Grupo Consultivo ARC recomienda "extremar la vigilancia para garantizar que la conectividad omnipresente y la apertura que implica IIoT no comprometan ninguno de los aspectos anteriores ni abrumen a los usuarios y/o las aplicaciones con demasiados datos en bruto". Estos retos únicos exigen que IIoT cuente con características más robustas que el IoT normal.

IIoT está cambiando las reglas del juego para los fabricantes. IIoT-las máquinas conectadas capturan y comunican datos en tiempo real con mayor precisión y coherencia que antes. IIoT permite a las organizaciones romper los silos de datos abiertos y acceder a la información a todos los niveles.

Los beneficios de estos datos procesables son de gran alcance. Los operarios, supervisores e ingenieros pueden obtener visibilidad de la producción. Los ingenieros pueden basarse en los datos de los procesos, los operarios y las máquinas para lograr una mejora continua y aumentar la eficacia en la planta. Asimismo, la dirección puede tomar decisiones empresariales informadas y respaldadas por datos. En general, el personal de todos los niveles puede detectar antes los problemas y las ineficiencias y optimizar sus operaciones. Esta toma de decisiones basada en datos elimina las conjeturas a la hora de resolver problemas.

Beneficios de IIoT:

1. Mayor utilización de la máquina

Industrial IoT permite a los fabricantes conectar sus máquinas a Internet. Las máquinas conectadas ofrecen a los fabricantes información sobre el estado de las máquinas e importantes indicadores clave de rendimiento (KPI) en tiempo real. Estos pueden incluir la eficacia general de los equipos (OEE) y la eficacia general de los procesos (OPE). Estos datos ayudan a los fabricantes a identificar y solucionar las causas de los tiempos de inactividad no planificados. También pueden aumentar la utilización de la máquina poniendo de relieve la necesidad de mantenimiento preventivo del equipo.

2. Mantenimiento predictivo

Los datos en tiempo real de los sistemas conectados a IIoT pueden ayudar a predecir defectos en la maquinaria. Esto permite a los fabricantes tomar medidas preventivas contra los problemas antes de que se produzcan, lo que en última instancia se traduce en un mayor tiempo de actividad de la maquinaria y una mayor productividad general. La prevención de averías en los equipos reduce el tiempo de proceso, las repeticiones, los desechos y los tiempos de inactividad imprevistos. Estas mejoras ayudan a los fabricantes a ahorrar en los costes asociados.

3. Seguimiento de activos

Los fabricantes pueden realizar un seguimiento de los productos a lo largo de la cadena de suministro y alertar a las partes interesadas de los daños o posibles daños en las mercancías.

4. Gestión de instalaciones

IoT-Los sensores medioambientales conectados pueden controlar condiciones como las vibraciones, la temperatura, la humedad y otras. Pueden detectar condiciones que afecten negativamente a las operaciones o provoquen un desgaste excesivo de los equipos.

5. Fabricación justo a tiempo

Los informes de datos en tiempo real hacen posible la fabricación Justo a Tiempo. Los procesos pueden ajustarse en tiempo real para eliminar residuos y permitir que la producción termine a tiempo y en sincronía con los materiales en proceso y las materias primas. Esto ayuda a acercar la producción planificada a la producción real.

6. Conexión de activos remotos

Conectar los dispositivos significa que los datos de los activos remotos son ahora accesibles desde una ubicación central. Estos activos pueden supervisarse y controlarse a distancia, lo que permite un mayor grado de control.

7. Interfaces más fáciles de usar

El software conectado permite a los operarios, ingenieros y directivos supervisar los datos a través de las HMI (interfaces hombre-máquina). Las HMI son mucho más intuitivas, especialmente para el personal sin un alto nivel de conocimientos informáticos. Estas interfaces también centralizan los datos procedentes de distintas fuentes. Como resultado, el personal puede dominar las herramientas sin necesidad de una formación exhaustiva ni de depender del personal informático.

8. Compartir conocimientos entre plantas

La institucionalización del conocimiento mantiene los conocimientos críticos dentro de la plantilla a lo largo del tiempo. El conocimiento centralizado también puede ayudar a estandarizar los procesos. Esto es fundamental para los esfuerzos de mejora continua dentro de una organización. Por último, disponer de conocimientos estandarizados y centralizados permite a los expertos responder a los problemas sin importar dónde se encuentren.

Los silos de datos y los conocimientos tribales, (conocimientos adquiridos a lo largo de años de experiencia y transmitidos oralmente pero no estandarizados ni documentados), son una causa importante de ineficacia para los fabricantes. Compartir los conocimientos es ahora más crítico que nunca para los fabricantes, ya que los baby boomers se están jubilando a un ritmo de 10.000 al día. Si no se conservan los conocimientos de la mano de obra que se jubila, las generaciones posteriores tendrán que volver a aprenderlos.

9. Supervisión de procesos y comportamientos

Los datos recogidos a través de los dispositivos y el software habilitados para IoT permiten a los directivos conocer mejor el rendimiento de los empleados. Con estos datos, pueden identificar cuellos de botella y áreas de mejora. Por ejemplo, podrían enterarse de que los empleados cometen errores o producen defectos sistemáticamente durante un paso determinado. Con esta información, los ingenieros de procesos pueden realizar un análisis de la causa raíz para determinar qué mejoras pueden introducirse (y utilizar estos datos como punto de referencia para medir la mejora).

Estos beneficios se traducen en importantes repercusiones empresariales basadas en el ahorro de costes, la mejora de la calidad y el aumento de la eficacia.

El Grupo Consultivo ARC identifica cuatro partes clave de la IIoT:

1. Activos inteligentes

Los activos inteligentes comprenden "cosas" conectadas -sensores, controladores y dispositivos de borde- así como software de aplicación y componentes de seguridad. Esta categoría incluye activos modernos diseñados con inteligencia local y capacidades de comunicación. Estas capacidades también pueden añadirse a los activos heredados.

Cada uno de estos activos tiene capacidad de conectividad, inteligencia incorporada y soporte para análisis. Generan datos y comparten información en toda la cadena de valor.

Algunos ejemplos de activos inteligentes en IIoT son:

• Instrumentación de la planta
• Equipamiento
• Máquinas
• Sistemas u otros activos dotados de sensores, procesadores, memoria y capacidad de comunicación

A continuación se enumeran algunos tipos comunes de equipos y dispositivos:

Sensores proporcionan nuevos datos a partir de activos existentes o incorporados a máquinas nuevas o existentes que son accesibles externamente mediante protocolos y tecnologías de comunicación comunes.

Los dispositivos de borde son piezas de hardware que controlan el flujo de datos en el límite entre dos redes. Esencialmente sirven como puntos de entrada o salida de la red. Los dispositivos de borde cumplen funciones como transmitir, encaminar, procesar, supervisar, filtrar, traducir y almacenar los datos que pasan entre las redes.

Los dispositivos de borde recopilan, procesan y almacenan datos más cerca de los puntos finales para hacer un uso más eficiente de los recursos de la red.

IoT pasarelas son un tipo común de dispositivo de borde en entornos de fabricación. Los sensores y otros dispositivos también son tipos de dispositivos de borde.

Los sistemas integrados se refieren a la informática dedicada a un único propósito (en contraposición a la informática de uso general). Los dispositivos integrados tienen sus propias capacidades informáticas, como procesador, memoria, sistema operativo y capacidad de comunicación. En IIoT, hay muchos dispositivos informáticos integrados que trabajan en concierto con otros dispositivos dentro del sistema.

Un ejemplo de informática empotrada en un contexto de fabricación es el uso de un sistema de visión artificial para realizar inspecciones con el fin de mejorar la calidad y el rendimiento de la producción. Los sistemas informáticos integrados funcionan por sí solos sin interacción humana mediante el uso de sensores y otros modos de comunicación.

2. Una infraestructura de comunicación de datos

Los activos de un sistema IIoT necesitan Internet y otras tecnologías de red para comunicarse.

IIoT a menudo se despliegan en infraestructuras en nube (como Amazon Web Services). La computación en nube implica almacenar, gestionar y procesar datos utilizando una red de servidores remotos en lugar de un servidor local.

3. Software

IoT El software analiza los datos recogidos por sus equipos y dispositivos. También proporciona una interfaz para que los usuarios interactúen con el sistema IIoT . El software es lo que permite a las personas tomar mejores decisiones y mejorar su rendimiento.

El software basado en la nube ofrece una serie de ventajas a los fabricantes con respecto a los sistemas in situ. Entre ellas se incluyen un menor coste total de propiedad, mayor fiabilidad, mayor velocidad y flexibilidad.

4. Personas

Una parte importante pero a menudo olvidada de cualquier sistema IIoT son las personas. Las personas interactúan con el sistema tomando decisiones basadas en los datos y análisis generados por el resto de componentes de IIoT . Unos datos mejores y unas herramientas de análisis más potentes permiten a las personas estar mejor conect adas con los equipos de la planta, las máquinas, los sistemas y el resto del personal. Como resultado, se producirá una toma de decisiones cuantificada.

Los casos de uso de IIoT son innumerables y están en constante expansión. He aquí algunos ejemplos.

Monitorización de la máquina para realizar un seguimiento de la OEE/OPE

IIoT permite a los fabricantes obtener una visibilidad granular de los datos de las máquinas al poner en línea sus procesos analógicos. Los fabricantes pueden supervisar los datos de estado de sus máquinas heredadas utilizando sensores conectados a una pasarela IoT . La recopilación de datos sobre el tiempo de actividad de la máquina y el tiempo de inactividad no planificado permite a los fabricantes realizar un seguimiento de la eficiencia general del equipo (OEE) y la eficacia general del proceso (OPE). Estas métricas son especialmente útiles como puntos de referencia para calibrar las mejoras del proceso.

Garantía de calidad en línea

Los fabricantes pueden utilizar sensores y dispositivos conectados como cámaras de visión artificial, básculas, calibradores y sensores de temperatura y humedad en los puestos de control de calidad. Los sensores inteligentes permiten una precisión significativamente mayor en el proceso de inspección que las inspecciones manuales. Los puestos de control de calidad pueden integrarse en todo el proceso de producción para detectar los defectos a tiempo y resolverlos antes de que avancen por la línea.

Poka-Yoke

"Poka-yoke" es una técnica de fabricación ajustada que se traduce del japonés como "a prueba de errores". Los fabricantes también pueden utilizar dispositivos IIoT para evitar que se produzcan errores en primer lugar. Por ejemplo, los fabricantes pueden desplegar sistemas pick-to-light para guiar a los operarios a contenedores específicos para los procesos de montaje. Pueden utilizar básculas para detectar cuándo el peso de un producto está fuera de especificación, señalando un error.

Implantar IIoT en su planta es una empresa que merece la pena, pero compleja. Las empresas deberían considerar la implantación de IIoT como una transformación digital de toda la empresa y no como un proyecto aislado. Para llevar a cabo con éxito una implantación de IIoT se requiere una estrecha coordinación entre los equipos de gestión, ingeniería, TI y OT, así como la implicación de toda la empresa.

Antes de lanzarse, es importante comprender lo que implicará y ser consciente de los escollos habituales. No es infrecuente que los fabricantes descubran que la implantación de IIoT era mucho más compleja de lo que esperaban. Según un informe de Cisco de 2017, alrededor del 60% de las iniciativas de IoT no superan la fase de prueba de concepto (PoC).

ARC Advisory recomienda los siguientes factores de éxito para una implantación de IIoT :

• Conocimiento apropiado del dominio tanto en OT como en IT
• Comprensión clara de los requisitos operativos, incluida la necesidad de flexibilidad y capacidad de ampliación
• Estrecha integración entre OT e IT
• Estrecha cooperación entre proveedores de OT y TI; entre proveedores y usuarios finales; y entre ingenieros de planta, ingenieros de procesos y científicos de datos a la hora de desarrollar e implementar soluciones.
• Consideración cuidadosa de cómo se mantendrá y perfeccionará la solución a lo largo del tiempo
• Capacidad para adaptarse a nuevos modelos de negocio
• "Ciberseguridad "a prueba de balas
• Redes seguras y robustas (cableadas e inalámbricas)
• Estrecha cooperación interna entre los grupos internos de TI y OT, así como entre los ingenieros de planta, los ingenieros de procesos y los científicos de datos

Contar con estos factores puede preparar a su organización para el éxito a largo plazo y encaminarla a cosechar los beneficios de una transformación digital.

1. Defina los objetivos de su proyecto IIoT

La parte más importante de su proyecto IIoT es definir objetivos claros y mensurables. ¿Cuál es el argumento comercial de su proyecto IIoT ?

IIoT Los proyectos deben abordar problemas empresariales específicos, que pueden incluir (entre otros) la mejora de la calidad, el aumento de la utilización de las máquinas y el impulso de ciclos de mejora más rápidos.

Debe saber qué preguntas quiere que respondan sus datos antes de lanzarse a recopilarlos. Determinar la respuesta a esta pregunta debería implicar una conversación con su personal de producción y sus ingenieros. Analice, clasifique y resuma la información sobre las áreas que pueden mejorarse. Lo más probable es que ya tenga una idea de las áreas susceptibles de mejora; ahora puede utilizar los datos para precisarlas y tomar decisiones con conocimiento de causa.

2. Identificar las medidas del éxito

Sus objetivos deben poder medirse mediante KPI y medidas de éxito predefinidas. Sin una base en métricas empresariales clave, las nuevas tecnologías que implante una empresa no cumplirán su promesa.

3. Defina un plan.

Pregúntese, ¿cómo puedo recopilar los datos que necesito para alcanzar mis objetivos? ¿Qué tecnologías me ayudarán a recopilar estos datos?

Para responder a estas preguntas, debe evaluar el estado de la conectividad de sus equipos. La mayoría de las máquinas modernas están diseñadas para proporcionarle un conjunto de información y vienen equipadas con funciones de conectividad como OPC o conectividad Ethernet. Las máquinas heredadas requieren un proceso más complejo y, por lo general, pueden conectarse mediante sensores (como sensores de corriente o GPIO) y una pasarela IoT .

También tendrá que considerar cualquier cambio que necesite hacer en sus instalaciones o en las infraestructuras de red, como la instalación de bajadas Ethernet y el tendido de cables. Tenga en cuenta que cualquier cambio que sea necesario realizar requerirá un tiempo adicional para su aplicación. También es crucial obtener la cooperación de las personas de su empresa con experiencia en TI, ya que probablemente necesitará su aprobación para realizar cualquier cambio.

4. Demuestre el retorno de la inversión con una prueba de concepto (POC).

Una prueba de concepto, también conocida como prueba de valor (PdV), es un experimento que debe responder a las siguientes preguntas:

¿Qué valor crea la tecnología para su empresa?
¿Cuál es el retorno de la inversión?

Debe ser estratégico a la hora de planificar una prueba de valor. Encuentre un área en la que pueda demostrar un rápido retorno de la inversión (ROI) a pequeña escala. Empiece poco a poco y tenga un marco temporal concreto, y gestione las expectativas con métricas de éxito definidas y un conjunto de datos específicos para medir.

Cuanto más compleja sea su configuración inicial, más tardará en implantarse y menores serán las probabilidades de que tenga éxito. La gente tiene tendencia a añadir complejidad para resolver problemas. Resístase.

5. Consiga la aceptación de la organización.

Utilice los datos obtenidos de sus conexiones a IIoT para demostrar el ROI de su POC. Una vez que tenga a mano el ROI de una prueba de concepto exitosa, es hora de presentar el proyecto a la dirección.

Cualquier transformación empresarial con éxito requiere un cambio cultural para apoyar y sostener la iniciativa. El apoyo y el compromiso de la alta dirección son fundamentales para guiar el proyecto.

6. Amplíe la aplicación.

Cuando se prepare para pasar a la plena aplicación, asegúrese de incorporar los comentarios de las partes interesadas sobre la PdC.

A medida que se pasa de la PdC a la implementación completa, resulta útil disponer de una hoja de ruta de alto nivel. Esto aporta claridad al proyecto, vincula las acciones a la visión y proporciona una referencia para el calendario y el coste.