Industria 4.0

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Industria 4.0
María Virginia Gómez Sandoval
Tecnología en Automatización Industrial, Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central
Proyecto de Automatización
Ing. José Mauricio Neuta Peña
27 de Noviembre de 2021

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Abstract
La industria 4.0 es un concepto que nace en la búsqueda del mejoramiento de la industria
manufacturera alemana que ha trascendido a la esfera mundial y que ha tenido connotaciones
trascendentales para la humanidad. Hace algunos años poco o nada se conocía acerca de la
industria 4.0 y en poco menos de una década se ha convertido en el mayor eje de desarrollo
tecnológico y posteriormente social.
En este trabajo se detallan algunos de los conceptos básicos relacionados con la misma,
así como sus aplicaciones en la sociedad moderna, vale recordar que todos estos conceptos
cumplen con la premisa principal de la Industria 4.0, es decir todos están conectados y
relacionados entre sí.
Al final de este trabajo se exponen algunos conceptos y reflexiones personales del autor
los cuales pueden ser útiles en la asimilación y entendimiento de estos, pero que primordialmente
ofrecen la opinión de un estudiante de ingeniería en el amanecer de la cuarta revolución
industrial.

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Industria 4.0
Concepto general
La industria 4.0 (i-Scoop, 2021) es una visión que evoluciono hasta ser un concepto de
adaptación global a partir de una iniciativa para hacer más competitiva la industria
manufacturera alemana. El termino es usado de manera intercambiable con la noción de la cuarta
revolución industrial. Se caracteriza por los siguientes conceptos:
1. Un incremento en la automatización con respecto a la tercera revolución
industrial.
2. La unión del mundo físico y digital a través de los sistemas ciber-físicos, posible
mediante el IIoT (Industrial Internet of Things) o internet de las cosas industrial.
3. Una transición de sistemas de control industrial centralizados a uno en los cuales
los dispositivos inteligentes definen los pasos de producción.
4. Modelos de datos y sistemas de control de lazo cerrado.
5. Personalización de los productos.
Big Data y Análisis de los Datos
El big data (Oracle, 2021a) está formado por conjuntos de datos de mayor tamaño y más
complejos, especialmente procedentes de nuevas fuentes de datos. Estos conjuntos de datos son
tan voluminosos que el software de procesamiento de datos convencional sencillamente no puede
administrarlos. Sin embargo, estos volúmenes masivos de datos pueden utilizarse para abordar
problemas empresariales que antes no hubiera sido posible solucionar.
El big data puede ayudarle a abordar una serie de actividades empresariales, desde la
experiencia de los clientes hasta los análisis.

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Robots Autónomos (Robótica Colaborativa)
Los robots colaborativos (ESIC Business & Marketing School, 2018) están diseñados
para realizar tareas en colaboración con los trabajadores humanos. La Federación Internacional
de Robótica define dos tipos de robots colaborativos:
Un primer grupo engloba a los robots diseñados para uso colaborativo que cumplen con
la norma ISO 10218-1, que especifica los requisitos y las pautas para un diseño seguro, medidas
de protección e información de uso.
Un segundo grupo engloba a los robots diseñados para uso colaborativo que no cumplen
con la norma ISO 10218-1. Esto no implica que estos robots no sean seguros, ya que pueden
seguir diferentes estándares de seguridad, por ejemplo, nacionales.
Los llamados “cobots”, están diseñados con una serie de características técnicas que
garantizan la seguridad de un trabajador cuando entra en contacto directo con el robot, ya sea
deliberadamente o por accidente. Estas características incluyen materiales ligeros, contornos
redondeados y sensores en la base del robot o en las articulaciones que miden y controlan la
fuerza y la velocidad y se aseguran de que no se excedan los umbrales definidos en caso de que
se produzca el contacto.
Los robots colaborativos proporcionan un acceso económico a la automatización
industrial. Permiten automatizar partes de una línea de producción con cambios mínimos
respecto al resto de la línea proporcionando a las pymes, que no están automatizadas, la opción
de poder adoptar estas tecnologías. Esto significa el acceso a un mercado que supone el 99% del
tejido industrial español y donde los robots industriales tradicionales no han podido penetrar.

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Para empresas como los fabricantes de automóviles que ya han automatizado su
producción, la robótica colaborativa ofrece la oportunidad de dar apoyo a los trabajadores
humanos completando las tareas de montaje final que a menudo provocan lesiones de espalda.
La programación de los “cobots” cada vez es más sencilla e intuitiva y ofrecen la máxima
flexibilidad para que el robot ejecute una función diferente a la anterior. Son ligeros y se pueden
mover fácilmente por la fábrica.
Simulación de Procesos en la Industria 4.0
Si bien la simulación (Scanlan, 2021) está bien establecida durante el diseño y
verificación del producto, las organizaciones industriales típicamente no emplean esta poderosa
metodología para la siguiente etapa de la cadena de valor: fabricar el producto. Como resultado,
las organizaciones pierden oportunidades para estudiar el comportamiento de sus procesos y
sistemas de manufactura antes de que se implementen. Ya que la comisión de las nuevas
instalaciones de manufactura, líneas de producción y procesos suele ser costoso e intenso en
capital, el aplicar los métodos de simulación a manufacturas pueden ofrecer enormes beneficios,
incluyendo:
• Identificar cuellos de botella de manufactura, así como oportunidades para
incrementar la productividad
• Identificar oportunidades de ahorros en costo tales como la optimización de labor
directa e indirecta
• Validar el desempeño esperado de instalaciones de producción o cadenas de valor
nuevas o existentes

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Un ejemplo claro es “Tecnomatix Plant Simulation” desarrollado por Siemens habilita a
las compañías para crear modelos de instalaciones de producción, líneas y procesos bien
estructurados y jerárquicos. Esto se logra mediante una potente arquitectura orientada a objetos y
capacidades de modelado que permiten a los clientes crear y mantener sistemas altamente
complejos, incluyendo mecanismos de modelado avanzados.
Sistemas para la Integración Vertical y Horizontal
Los Sistemas de Producción Ciber-Físicos (Neri, 2019) están basados en la cooperación
vertical y horizontal en toda la cadena de valor. Esta cooperación se da en tiempo real entre
máquina e internet, máquina y persona y máquina a máquina.
Para poder explicar este concepto, lo mejor es remontarse a la definición de cadena de
valor de Porter en 1987. La cadena de valor es una herramienta de análisis empresarial. En la
cual se describen todas las actividades y competencias de la empresa que dan valor a un
producto. Por un lado, se busca que cada actividad que realiza la empresa genere el mayor
ingreso posible. Si no se puede, entonces se busca que dicha actividad cueste lo menos posible.
Al final, lo que propuso Porter es una estrategia para maximizar el margen de ganancia de una
empresa. Dividir las actividades en bloques permite comparar el costo y rendimiento de cada
actividad en relación con la competencia. Además, conocer el desempeño de cada actividad será
útil para reconocer cómo esta contribuye a las necesidades del cliente. Exponer las fortalezas y
oportunidades permite distinguir una empresa de la competencia y por lo tanto determinar su
ventaja competitiva. Aún mejor, también permite identificar las actividades que requieren
optimización o mejor coordinación con otras actividades.

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Retomando la Industria 4.0, los Sistemas de Producción Ciber-Físicos se caracterizan por
un flujo de información a través de toda la cadena de valor. Recordemos que la tecnología de la
Industria 4.0 facilita la transferencia de información entre personas, máquinas y la nube. Gracias
a Big Data podemos almacenar grandes flujos de información. Y gracias al análisis y ciencia de
datos podemos darle un sentido a la información almacenada. Todo ese esfuerzo para que
seamos capaces de optimizar y coordinar en tiempo real las actividades primarias. Proceso
también conocido como integración horizontal de la cadena de valor. Pero también seremos
capaces de optimizar y coordinar en tiempo real las actividades secundarias. Proceso también
conocido como integración vertical de la cadena de valor.
Finalmente, hay que mencionar que la integración horizontal y vertical no están limitadas
dentro de una misma empresa. Por ejemplo, una gran trasnacional puede incluir en su integración
horizontal a fábricas en otros lados del planeta. También puede incluir en su integración
horizontal la cadena de valor de sus proveedores. De la misma manera, una empresa puede
incluir en su integración vertical a la empresa con la que subcontrata personal. O incluso incluir
en su integración con sus prestadores de servicios para mejorar la coordinación de actividades de
apoyo.
IoT (Internet de las Cosas)
Internet of Things (Oracle, 2021b) describe la red de objetos físicos —“cosas”—que
están integrados con sensores, software y otras tecnologías con el fin de conectar e intercambiar
datos con otros dispositivos y sistemas a través de Internet. Estos dispositivos van desde objetos
domésticos comunes hasta herramientas industriales sofisticadas. Con más de 7 mil millones de

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dispositivos IoT conectados en la actualidad, los expertos prevén que este número aumente a 10
mil millones para 2020 y 22 mil millones para 2025.
IIoT (Internet de las Cosas Industrial)
IoT industrial (Oracle, 2021b) hace referencia a la aplicación de la tecnología IoT en
entornos industriales, especialmente con respecto a la instrumentación y control de sensores y
dispositivos que utilizan tecnologías en la nube. Recientemente, las industrias han utilizado la
comunicación máquina a máquina (M2M) para hacer posibles la automatización y el control
inalámbricos. Pero con la aparición de tecnologías en la nube y aliadas (como analítica y
machine learning), las industrias pueden lograr una nueva capa de automatización y con ella
crear nuevos ingresos y modelos de negocio. En ocasiones, IIoT recibe el nombre de cuarta ola
de la revolución industrial, o bien Industria 4.0. A continuación se muestran algunos usos
comunes de IIoT:
• Fabricación inteligente (Oracle Cloud Manufacturing).
• Activos conectados y mantenimiento preventivo y predictivo.
• Redes eléctricas inteligentes.
• Ciudades inteligentes.
• Logística conectada (Oracle Cloud Logistics).
• Cadenas de suministro digital inteligente
Ciberseguridad
La ciberseguridad es la práctica de proteger sistemas, redes y programas de ataques
digitales. Por lo general, estos ciberataques apuntan a acceder, modificar o destruir la

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información confidencial; Extorsionar a los usuarios o los usuarios o interrumpir la continuidad
del negocio.
Actualmente, la implementación de medidas de seguridad digital se debe a que hay más
dispositivos conectados que personas, y los atacantes son cada vez más creativos.
¿Sobre qué trata la ciberseguridad? un enfoque exitoso de ciberseguridad tiene múltiples
capas de protección repartidas en las computadoras, redes, programas o datos que uno pretende
mantener a salvo. En una organización, las personas, los procesos y la tecnología deben
complementarse para crear una defensa eficaz contra los ciberataques. Un sistema unificado de
gestión de amenazas puede automatizar las integraciones entre productos selectos de seguridad
de Cisco y acelerar las funciones de operaciones de seguridad claves: detección, investigación y
corrección.
Personas: Los usuarios deben comprender y cumplir con los principios básicos de
seguridad de datos, como elegir contraseñas seguras, ser cautelosos con los archivos adjuntos de
los correos electrónicos y hacer copias de seguridad de datos. Obtenga más información sobre
los principios básicos de ciberseguridad.
Procesos: Las organizaciones deben tener una estructura para manejar los ciberataques
tentativos y sospechosos. Una estructura de buena reputación puede guiarlo y explicar cómo
puede identificar ataques, proteger sistemas, detectar y responder a amenazas, y recuperarse de
ataques exitosos. Vea la explicación en video del marco de ciberseguridad del NIST (1:54)
Tecnología: La tecnología es esencial para brindar a las organizaciones y los individuos
las herramientas de seguridad informática necesarias para protegerse de ciberataques. Se deben
proteger tres entidades importantes: los dispositivos Endpoints (como computadoras, dispositivos
inteligentes y routers), las redes y la nube. La tecnología común que se usa para proteger estas

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entidades incluye firewalls de próxima generación, filtrado de DNS, protección contra malware,
software antivirus y soluciones de seguridad de correo electrónico.
¿Por qué es importante la ciberseguridad? En el actual mundo conectado, todos se
benefician de los programas de ciberdefensa avanzados. A nivel individual, un ataque a la
ciberseguridad puede dar como resultado desde un robo de identidad hasta intentos de extorsión
y la pérdida de datos importantes, como fotos familiares. Todos confían en las infraestructuras
críticas, como las centrales eléctricas, los hospitales y las empresas de servicios financieros.
Proteger estas y otras organizaciones es esencial para el funcionamiento de la sociedad.
Todos se benefician del trabajo de los investigadores de ciberamenazas, como el equipo
de 250 investigadores de amenazas de Talos, que investiga las amenazas nuevas y emergentes y
las estrategias de los ciberataques. Revelan nuevas vulnerabilidades, educan al público sobre la
importancia de la ciberseguridad y refuerzan las herramientas de código abierto. Su trabajo hace
que Internet sea más segura para todos.
Cloud Computing
Cloud computing (Salesforce, 2017) es ofrecer servicios a través de la conectividad y
gran escala de Internet. La computación en la nube democratiza el acceso a recursos de software
de nivel internacional, pues es una aplicación de software que atiende a diversos clientes. La
multilocación es lo que diferencia la computación en la nube de la simple tercerización y de
modelos de proveedores de servicios de aplicaciones más antiguos. Ahora, las pequeñas
empresas tienen la capacidad de dominar el poder de la tecnología avanzada de manera
escalable.

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La computación en la nube ofrece a los individuos y a las empresas de todos los tamaños
la capacidad de un pool de recursos de computación con buen mantenimiento, seguro, de fácil
acceso y bajo demanda, como servidores, almacenamiento de datos y solución de aplicaciones.
Eso proporciona a las empresas mayor flexibilidad con relación a sus datos e informaciones, que
se pueden acceder en cualquier lugar y hora, siendo esencial para empresas con sedes alrededor
del mundo o en distintos ambientes de trabajo. Con un mínimo de gestión, todos los elementos
de software de la computación en la nube pueden ser dimensionados bajo demanda, usted solo
necesita conexión a Internet.
Fabricación Aditiva
La fabricación aditiva es un concepto que abarca muchas tecnologías, incluida la
impresión 3D, el prototipado rápido, la fabricación digital directa, la fabricación en capas y la
fabricación de aditivos.
Esta amplia variedad tecnológica ya da una pista para entender que las aplicaciones de la
fabricación aditiva son ilimitadas. El uso temprano de este tipo de procesos en forma de
prototipado rápido se centró en los modelos de visualización de preproducción. Más
recientemente, se está utilizando para fabricar productos de uso final en aeronaves,
restauraciones dentales, implantes médicos, automóviles e incluso productos de moda.
En el MIT, donde se inventó la tecnología de fabricación aditiva, abundan los proyectos
que soportan una gama de aplicaciones con visión de futuro, desde estructuras múltiples
formadas a partir de capas de hormigón, a máquinas que pueden construir máquinas.
En ocasiones, se empleará como medio para crear productos altamente personalizados
para consumidores y profesionales, otras veces funcionará como herramienta industrial. A veces,

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su destino será producir pequeños lotes de piezas de producción y, en un futuro no muy lejano,
puede que sea posible emplear esta tecnología para la producción de órganos humanos.
En cualquier caso, la fabricación aditiva puede ofrecer a consumidores y profesionales,
por igual, la accesibilidad para crear, personalizar y/o reparar productos, y en el proceso,
redefinir la tecnología de producción actual. El requisito para poner esta tecnología al servicio de
quien la necesita es contar con profesionales con talento y visión, preparados para abrirse a los
nuevos usos innovadores que les permite y también con las herramientas necesarias para
completar los procesos de fabricación aditiva de forma efectiva y eficiente, y en condiciones de
seguridad suficientes.
Realidad Virtual
La realidad virtual (Universitat Politècnica de Catalunya, 2021) se podría definir como un
sistema informático que genera en tiempo real representaciones de la realidad, que de hecho no
son más que ilusiones ya que se trata de una realidad perceptiva sin ningún soporte físico y que
únicamente se da en el interior de los ordenadores.
La simulación que hace la realidad virtual se puede referir a escenas virtuales, creando un
mundo virtual que sólo existe en el ordenador de lugares u objetos que existen en la realidad.
También permite capturar la voluntad implícita del usuario en sus movimientos naturales
proyectándolos en el mundo virtual que estamos generando, proyectando en el mundo virtual
movimientos reales.
Además, también nos permite hundirnos completamente en un mundo virtual,
desconectando los sentidos completamente de la realidad teniendo la sensación la persona que
está dentro de que la realidad corresponde en el mundo virtual.

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Las aplicaciones que en la actualidad encontramos de la realidad virtual a actividades de
la vida cotidiana son muchas y diversas. Hay que destacar: la reconstrucción de la herencia
cultural, la medicina, la simulación de multitudes y la sensación de presencia.
La reconstrucción de la herencia cultural consiste en la recuperación a través de la
simulación de piezas únicas de la antigüedad que han sido destruidas o se encuentran
degradadas. En algunas, a partir de unos pocos restos se pueden simular piezas enteras. Además,
la realidad virtual permite mostrar la pieza en perfecto estado en diversos lugares del mundo a la
vez, e incluso permite crear museos enteros con piezas virtuales.
Realidad Aumentada
La realidad virtual (BBC Mundo, 2016) "consiste en introducir al usuario en un mundo
diferente", mientras que la realidad aumentada le permite "ver en el mundo real con información
añadida". La realidad virtual permite crear un mundo virtual mediante el diseño gráfico en 3D,
aclaran los especialistas. Un mundo en el que "no existen límites y en el cual podemos ver, crear
y hacer lo que queramos".
Pero, si bien es cierto que la experiencia es cada vez más "realista", la base sobre la que
se asienta es un mundo de fantasía. Y ésa es la principal diferencia entre ambas. Lo que hace la
realidad aumentada es agregar elementos virtuales a una realidad existente, en lugar de crear esa
realidad desde cero. Por eso, cada una de estas tecnologías tiene aplicaciones diferentes.
Puesto que la realidad virtual es una experiencia ficticia, tiene gran potencial en el mundo
de los videojuegos. Pero no es el único. También puede tener aplicaciones en medicina -como
plataforma para estudiar el cerebro humano- y también en la industria del cine, la moda los
deportes o la publicidad.

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Figuras
Figura 1
Definiciones personales Maria Virginia Gómez 1

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Nota. Esta imagen contiene la primera parte de las definiciones personales dadas por la alumna a
mano como el docente lo requirió. Comprende las definiciones de Industria 4.0, big data,
robótica colaborativa, simulación de procesos en la Industria 4.0, sistemas para la integración
vertical y horizontal.
Figura 5
Definiciones personales Maria Virginia Gómez 2

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Nota. Esta imagen contiene la segunda parte de las definiciones personales dadas por la alumna a
mano como el docente lo requirió. Comprende las definiciones de IoT (Internet of Things), IIoT
(Industrial Internet of Things), ciberseguridad, cloud computing.
Figura 6
Definiciones personales Maria Virginia Gómez 3

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Nota. Esta imagen contiene la tercera parte de las definiciones personales dadas por la alumna a
mano como el docente lo requirió. Comprende las definiciones fabricación aditiva, realidad
virtual y realidad aumentada, Gemelo digital, Digital shadow.
Figura 7
Definiciones personales Maria Virginia Gómez 4

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Nota. Esta imagen contiene la tercera y última parte de las definiciones personales dadas por el
alumno a mano como el docente lo requirió. Comprende las definiciones de smart maintenance y
trabajos del futuro.
Bibliografía
BBC Mundo. (2016). Qué es la realidad aumentada, cómo se diferencia de la virtual y por qué

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Apple apuesta fuertemente a ella. https://www.bbc.com/mundo/noticias-37678017
BBVA. (2019). ¿Qué es un gemelo digital y para qué sirve? https://www.bbva.com/es/que-es-
un-gemelo-digital-y-para-que-sirve/
Daunert Máquinas-Herramientas. (2021). Las ventajas del servicio de mantenimiento preventivo
Smart Maintenance. https://daunert.com/las-ventajas-del-servicio-de-mantenimiento-
preventivo-smart-maintenance/
ESIC Business & Marketing School. (2018). Robótica colaborativa: qué es y qué papel tienen
las personas. https://www.esic.edu/rethink/tecnologia/robotica-colaborativa-papel-tienen-
las-personas
i-Scoop. (2021). Industry 4.0: the fourth industrial revolution – guide to Industrie 4.0.
https://www.i-scoop.eu/industry-4-0/
Neri, J. (2019). Integración vertical y horizontal de sistemas en la Industria 4.0.
https://imepi.com.mx/industria-4-0-integracion-vertical-horizontal/
Oracle. (2021a). Big Data. https://www.oracle.com/co/big-data/what-is-big-data/
Oracle. (2021b). Internet of Things. https://www.oracle.com/co/internet-of-things/what-is-iot/
Salesforce. (2017). Cloud Computing - Aplicaciones en un solo tacto.
https://www.salesforce.com/mx/cloud-computing/
Scanlan, M. (2021). Simulación de manufactura para Industria 4.0.
https://www.engusa.com/es/posts/simulacion-de-manufactura-para-industria-4-0
Semana. (2021). Empleos del futuro: ¿cuáles desaparecerán y cuáles se crearán?
https://www.semana.com/economia/macroeconomia/articulo/empleos-del-futuro-cuales-
desapareceran-y-cuales-se-crearan/202100/
Tactical Technology. (2015). What is a Digital Shadow? https://myshadow.org/animation

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Universitat Politècnica de Catalunya. (2021). Realidad virtual. https://www.fib.upc.edu/retro-
informatica/avui/realitatvirtual.html