IoT in industry: the link between data and efficiency

IoT en la industria: el vínculo entre los datos y la eficiencia

Schwab (2016) afirma que “el internet de las cosas (IoT) es uno de los principales puentes entre las aplicaciones físicas y digitales de la cuarta revolución industrial”. Su objetivo es permitir y acelerar la adopción de tecnologías conectadas a Internet en todas las industrias, ya sean manufactureras, extractivas, de base o de servicios. IoT tiene como base los Protocolos de Internet (IP) y los Protocolos de Control de Transmisión (TCP). Estos parámetros forman los sensores, dispositivos y sistemas que permiten la comunicación de estos mecanismos inteligentes entre sí y con otros dispositivos conectados a Internet. Procesa datos de ellos y los transmite a través de redes cableadas o inalámbricas, incluyendo Ethernet, Wi-Fi, Bluethooth, 5G, Identificador de radiofrecuencia (RFID), etc. Además, es habitual que estos dispositivos se conecten con Gateways IoT, que actúan como intermediarios conectándolos a una red o a una estructura en la nube. Esto último es importante porque garantiza el intercambio de datos, creando una conexión entre el mundo físico y el digital, como menciona Schwab.

Hay dos tipos de dispositivos que se pueden integrar con el IoT. La primera categoría consiste en equipos ya desarrollados con conectividad integrada, como teléfonos celulares, cajeros automáticos, cosechadoras agrícolas y soportes de transmisión. Generan datos y se comunican con otros dispositivos a través de la comunicación de máquina a máquina (M2M). La segunda categoría incluye dispositivos con microchips o sensores que permiten esta comunicación con otros equipos. Por ejemplo, un coche puede tener un chip instalado después del proceso de fabricación que permite su seguimiento.

El IoT se puede aplicar de diversas maneras, y su impacto positivo ya se siente en varias industrias, como la fabricación, el transporte, la agricultura, la atención médica, etc. A medida que crece el número de dispositivos conectados a Internet, el IoT desempeña un papel cada vez más importante en nuestra sociedad.

IoT en la fabricación

Como se ha visto, el IoT facilita la comunicación entre dispositivos. En la rutina de fabricación, esta tecnología debe ser robusta para proporcionar la fiabilidad y seguridad requeridas por los procesos de fabricación. En consecuencia, se ha desarrollado el llamado Internet Industrial de las Cosas (IIoT). Este tipo de tecnología se aplica en procesos enfocados a la oferta y la demanda, favoreciendo la interoperabilidad entre máquinas con diferentes protocolos y arquitecturas. Algunos aspectos esenciales del IIoT son la recopilación continua de datos y el uso de tecnologías como la Inteligencia Artificial para interpretarlos y proporcionar información. Para ello, la estructuración de la red IIoT es indispensable dentro de la industria. Incluye cuatro capas: percepción, red, análisis y aplicación.

La capa de percepción, también llamada transmisión de datos, incluye todos los sensores y dispositivos que recogen los datos del entorno industrial. Monitorean parámetros como temperatura, presión, vibración, consumo de energía. La segunda capa se refiere a la transmisión de los datos recopilados por los sensores a los sistemas de procesamiento. Este proceso puede incluir redes de área local (LAN), redes de área amplia (WAN), Wi-Fi, 5G y otras tecnologías de comunicación. La capa de análisis se encarga del procesamiento y análisis de estos datos, que se puede realizar localmente (edge computing) o en la nube (cloud computing). Esto da como resultado la identificación de patrones, la predicción de fallas y la optimización de procesos. Por último, la capa de aplicación implica el uso de datos para la toma de decisiones informadas y la automatización de procesos. Es importante tener en cuenta que la seguridad es un tema crítico. Durante la interacción de los usuarios con los sistemas IoT a través de la web o aplicaciones móviles, existe el riesgo de ataques de troyanos, secuencias de comandos entre sitios, etc. Por lo tanto, dentro del procesamiento, es necesaria la autenticación con contraseña y otras características de seguridad.

Protocolos de comunicación del IIoT

El IIoT es esencial en la Industria 4.0, ya que proporciona la infraestructura necesaria para la recopilación de datos en tiempo real, mejorando la automatización y la eficiencia. Para lograr una transmisión efectiva entre máquinas, se utilizan protocolos de comunicación para diferentes propósitos. Se describen con respecto a la frecuencia de funcionamiento, los estándares IEEE (Institutos de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) y el rango de transmisión. Algunos ejemplos son:

ZigBee: protocolo de comunicación inalámbrica, diseñado para dispositivos de baja potencia y baja velocidad de datos. Es ideal para sensores industriales y control de iluminación, además de tener un bajo consumo de energía;
Bluetooth: tecnología de comunicación inalámbrica utilizada para el intercambio de datos a distancias cortas. Es fácil de implementar, de bajo consumo de energía y es ampliamente utilizado en dispositivos móviles.
Wi-Fi: es una tecnología de red inalámbrica que permite que los dispositivos se conecten a Internet u otras redes locales. Tiene un alto rendimiento de datos, una amplia cobertura y una fácil integración con la infraestructura de red existente;
MQTT (Message Queue Queue Telemetry Transport): Es un protocolo de comunicación ligero, que tiene un bajo consumo de energía y es ideal para redes con poco ancho de banda. En la industria, el uso de MQTT para rastrear, monitorear y analizar procesos, mejorando la eficiencia, es una alternativa de bajo costo y alta escalabilidad;
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network): LoRaWAN es un protocolo de red M2M para largas distancias y baja potencia, diseñado para la comunicación de largo alcance entre dispositivos IoT. Ofrece una alta cobertura, tiene un bajo consumo de energía y una sola puerta de enlace capaz de soportar muchos dispositivos;

Retos para la instalación de IoT en la industria

Para la instalación efectiva de IIoT, la industria debe tomar algunas precauciones. En primer lugar, es necesario tener en cuenta que los dispositivos IoT recopilan y procesan una amplia gama de datos, que pueden ser susceptibles de sufrir ciberataques. Este escenario refuerza la necesidad de implementar políticas de seguridad en todos los niveles de la industria, como se vio anteriormente. En este contexto, el primer paso es instalar controles de seguridad CIS (Center for Internet Security) y luego pasar a otras barreras. También es importante que los empleados estén capacitados y realicen controles de seguridad regulares. La creación de estándares y regulaciones es indispensable para proteger la privacidad de los usuarios y garantizar la interoperabilidad de los dispositivos IoT.

Además, la adopción del IIoT debe planificarse en cualquier fábrica. De lo contrario, es posible que la industria no aproveche al máximo esta tecnología. La falta de visión estratégica puede resultar en una baja adherencia a la misma por parte de los empleados o incluso pérdidas financieras. Teniendo esto en cuenta, a la hora de implantar el IIoT, los responsables deben mapear todos los sistemas que hay que integrar, así como los recursos técnicos necesarios. De esta manera, es posible evitar problemas técnicos que pueden causar interrupciones innecesarias.

Este último tema enlaza con el siguiente: la falta de KPIs. Al adoptar este tipo de tecnología, es importante tener objetivos claros. Por ejemplo, en una industria alimentaria que tiene como objetivo aumentar la eficiencia de la línea, es posible monitorear el tiempo de inactividad y la tasa de OEE. Al monitorear estos indicadores, se puede seguir el progreso del IIoT y comprender sus contribuciones, así como lo que debe ajustarse.

IIoT y Ciencia de Datos

La ciencia de datos es una gran aliada del Internet Industrial de las Cosas (IIoT) por varios aspectos, tales como:

Recopilación de datos: La red IIoT utiliza sensores y dispositivos para recopilar grandes volúmenes de datos en tiempo real de maquinaria y procesos. Mientras tanto, la ciencia de datos organiza estos datos para que sean utilizables para un análisis más profundo;
Análisis de datos: el IIoT proporciona datos brutos sobre el estado de los sistemas industriales, mientras que la ciencia de datos aplica metodologías analíticas para extraer información significativa de estos datos;
Mantenimiento: Con acceso a datos industriales, la ciencia de datos puede desarrollar modelos predictivos que anticipen fallas y permitan la implementación de mantenimiento predictivo;
Eficiencia energética: IIoT permite la recopilación de datos sobre el consumo de energía en diferentes partes del proceso industrial, desde la producción hasta los servicios públicos. La ciencia de datos, por su parte, analiza estos datos para identificar oportunidades de ahorro energético y mejora de la sostenibilidad;
Personalización e innovación: Con los datos sobre el rendimiento de los productos, se hace posible un escenario de personalización de productos y servicios. Esto también impulsa la innovación, basada en las tendencias y patrones identificados;
Historial de datos: Los datos recopilados por los sistemas IIoT se registran, creando un historial que se puede utilizar para realizar análisis futuros para aumentar la productividad y centrarse en los objetivos ESG;

Impactos positivos del IoT en la fabricación

Según el Portal de la Industria (2021), el 69% de las industrias brasileñas hacen uso de alguna tecnología digital, incluida la IoT. Además, según Fortune Business ( 2024), se prevé que el mercado global de IoT en las industrias manufactureras alcance los US$ 452.27 mil millones para 2032. Las principales aplicaciones de IoT en este segmento incluyen el mantenimiento predictivo, el seguimiento y la gestión de activos.

En la industria automotriz, la tecnología IIoT se utiliza para rastrear componentes y optimizar la logística interna, asegurando que las piezas de automóviles estén en el lugar correcto en el momento correcto. Un ejemplo de esto es la retirada, que se resolvió más rápido con un seguimiento de lotes específicos y un registro de datos históricos. También en Brasil, aproximadamente el 30% de las industrias automotrices están invirtiendo en IoT para optimizar los procesos de producción y el mantenimiento predictivo.

En la industria de alimentos y bebidas, este escenario no es diferente. Los sensores IoT se pueden utilizar para monitorear la producción y la calidad de los alimentos, asegurando que los productos cumplan con todos los estándares preestablecidos. Por ejemplo, durante una cervecería, es posible monitorear el proceso de fermentación, asegurando la consistencia del producto final. Además del área de producción, este tipo de conectividad en el área de servicios públicos garantiza el ahorro de agua y energía, contribuyendo a las acciones ESG.

Por último, en el sector farmacéutico y químico, es indispensable controlar las condiciones de producción de medicamentos y las reacciones químicas. En el caso de los productos farmacéuticos, la recopilación de datos de temperatura proporciona una mayor visibilidad de las condiciones de almacenamiento de los medicamentos, lo que garantiza que se mantengan dentro del rango de temperatura adecuado. En el caso de los productos químicos, la consistencia de este indicador evita reacciones adversas en los compuestos químicos, reforzando las medidas de seguridad.

Tendencias del IIoT

IIoT sinónimo de más datos y más conectividad, y en consecuencia, un mayor nivel de automatización. Con esto, su evolución para mantenerse al día con los crecientes cambios del mercado es natural:

Inteligencia Artificial e IIoT: Cuando se aplica de forma sistemática y estructurada, la IA puede aumentar la escalabilidad de las operaciones. La IA también ayuda a automatizar tareas, predecir patrones y detectar problemas en los sistemas de IoT;
Democratización del acceso a los datos: En la industria manufacturera, los operadores de línea deben estar familiarizados con las tecnologías utilizadas para llenar los vacíos. La integración de personas, procesos y productos da como resultado una colaboración más efectiva, con fácil acceso a la información independientemente del momento y el lugar. Además, este tipo de capacitación disminuye la resistencia a la implementación de nuevas tecnologías;
Gobernanza de IIoT: La gobernanza de IIoT consiste en un amplio control sobre las operaciones desarrolladas por los sistemas y el software. Esta estrategia implica la implementación de auditorías, controles internos, actualización de sistemas y firmware, y control de dispositivos. Esto garantiza una mayor organización de los sistemas e influye en el almacenamiento, el uso y la eliminación de la información creada por los mecanismos de IoT. También contribuye a la conducta del equipo alineada con los objetivos de la industria.
Machine Learning: La combinación de IIoT y ML está mejorando el mantenimiento predictivo. Los algoritmos de ML analizan los datos recopilados para predecir fallas, reducir el tiempo de inactividad y reducir los costos de mantenimiento. Además, esta combinación permite la personalización de productos y servicios al registrar información sobre las preferencias del usuario, aumentando el índice de satisfacción.

En resumen, al combinar IoT con innovaciones tecnológicas y culturales, las industrias se benefician de varias maneras. Esto incluye el aumento de la productividad, la reducción de costes, la optimización del uso de las materias primas y el enfoque en ESG. Obtenga más información sobre nosotros y obtenga resultados em su industria con la nueva línea ST-Spots™.