Las tecnologías de simulación tienen un doble propósito. Por una parte, representar en un modelo virtual 3D el entorno físico detallado de un escenario, los sistemas que lo constituyen, el despiece de los equipos, sus componentes y los operarios involucrados y por la otra, reproducir su dinámica operativa.

La infografía 3D permite crear una imagen de un producto que todavía no se ha fabricado partiendo de los planos digitales de ingeniería. Se utiliza de forma generalizada en las etapas de diseño de piezas y maquinaria y también en las de mantenimiento, así como para representar plantas de producción o infraestructuras.

La simulación sobre elementos mecánicos busca comprobar y optimizar de forma dinámica su funcionamiento y comportamiento, tanto de manera individual como en el entorno de trabajo y escenarios en el que deberá desenvolverse. Siempre antes de hacerlo con elementos reales.

De la misma manera, la simulación de procesos empresariales es aplicable a la industria primaria, secundaria y terciaria, incluyendo en este último caso, por ejemplo, medios logísticos, infraestructuras o instalaciones como las portuarias, aéreas o de comunicaciones, servicios de transporte público, sanitarios u otros. El objetivo perseguido por la simulación de procesos es paralelo al de los elementos mecánicos; analizar su comportamiento e idoneidad antes de su puesta en práctica.

Los llamados gemelos virtuales o gemelos digitales son modelos informáticos gráficos y de información multidimensionales que reflejan en tiempo real la estructura y el funcionamiento de un sistema o una compañía durante su ciclo de vida. El previsto en el diseño, el del activo entregado y los derivados de su explotación y evolución en el tiempo.

Gemelos virtuales:

En un entorno empresarial, la realidad aumentada comprende el conjunto de tecnologías que se utilizan para integrar el empleo de medios audiovisuales en las actividades de ingeniería, científicas, productivas, de mantenimiento y de formación. La realidad virtual facilita a los operarios información en tiempo real para mejorar el conocimiento, los procedimientos de trabajo y la toma de decisiones.

Las tecnologías de visión aumentada se pueden combinar con tecnologías de ubicación espacial, orientación y movimiento (velocidad y aceleración) con el objetivo de facilitar una interactuación dinámica e inmersiva al usuario.

Un operario que utilice gafas de realidad aumentada puede, por ejemplo, recibir instrucciones de reparación de una máquina en donde esté emplazada; si trabaja en un almacén, instrucciones de búsqueda y ubicación de materiales o si trabaja en una planta, instrucciones de operación y advertencia acordes con las tareas que realice en ese momento y del lugar en el que se encuentre.

En el ámbito formativo, además de fortalecer las pautas y los guiones de aprendizaje, la realidad aumentada facilita la familiarización tecnológica con los elementos reales, así como la accesibilidad inmediata a los contenidos principales y complementarios del objeto en observación.

Los componentes básicos del IoT son dispositivos miniaturizados y autónomos de propósito concreto que se comunican e interaccionan en red sin intervención humana tanto con el escenario en el que trabajan como con otros dispositivos individuales y equipos centrales. Los dispositivos IoT pueden disponer de captadores, sensores y actuadores, que contienen tecnología informática integrada de software y hardware, una interfaz de usuario y están interconectados mediante redes de comunicación estándar, principalmente vía internet.

Los datos y la información generada y compartida entre los dispositivos también deben ser almacenados para su análisis, con objeto, entre otros motivos, de mejorar el funcionamiento propio del dispositivo, de los dispositivos a los que esté conectado y del comportamiento conjunto de los dispositivos que trabajen coordinadamente en la misma red.

La integración en red de un grupo de dispositivos de IoT asociados a una instalación, un sistema o una máquina, permiten que éstos puedan asumir de manera flexible la ejecución de diferentes tareas programadas sin la mediación de operarios.

Las tecnologías de comunicación en red pueden ser cableadas o inalámbricas de diferente naturaleza, lo que permite que los dispositivos funcionen también en diferentes entornos de movilidad a través de redes Wifi, 3G o 4G.  La incorporación del 5G y la desaparición de la latencia en las comunicaciones está dando lugar a nuevas aplicaciones críticas que tienen que trabajar necesariamente en tiempo real y que están incrementando exponencialmente el uso del IoT en todos los campos de la industria, los servicios, la ciencia y la sociedad.

Es necesario indicar que el mundo del IoT, como suele ocurrir con las tecnologías emergentes, se compone en estos momentos de una gran cantidad de soluciones dispares que, aunque normalmente se basan en los mismos estándares de compatibilidad, son desarrolladas por diferentes empresas. Esta situación hace que pueda ser necesario el desarrollo de adaptaciones e integraciones a la hora de implementar soluciones en entornos particulares.

Un robot autónomo es un sistema físico o lógico complejo que funciona de forma independiente y sin un control humano explícito para cumplir unos objetivos en un escenario de trabajo cambiante y al que es capaz de adaptarse en cada momento de acuerdo con sus posibilidades operativas y las condiciones del entorno.

Los robots autónomos son flexibles en las actividades que realizan y disponen de capacidades para captar y procesar información de contexto, de aprendizaje y evaluación de situaciones, de respuesta, de reajuste, de interactuación y de colaboración tanto con otros robots autónomos como con los seres humanos. Los robots electromecánicos que dispongan de diferentes grados de movimiento y aptitudes para la manipulación y procesamiento de objetos deben poder evitar situaciones perjudiciales para sí mismos, para el medio en el que se encuentren y, fundamentalmente, para las personas.

Componentes de un robot autónomo

De una forma genérica, un robot autónomo podría llegar a disponer de:

Robots de software

Un robot de software o bot es una aplicación que gestiona una interfaz de usuario de un sistema informático, por ejemplo, de un ERP o un MES, con los mismos criterios que emplearían las personas. Los bots se comunican con el usuario imitando el comportamiento humano y se integran, utilizando técnicas y herramientas de RPA (Robotic Process Automation), para automatizar tareas complejas utilizando reglas específicas y de inteligencia artificial que emulan la acción y el comportamiento del usuario.

Un ejemplo de soluciones basadas en bots y RPA que van más allá de la administración de sistemas son los Chatbots. Un Chatbot es un sistema automatizado con capacidad de aprendizaje e interfaz principal de comunicación por voz. Están orientados de forma habitual a la atención al cliente, mediante el establecimiento de un diálogo que puede desencadenar acciones físicas, administrativas o de servicio. Utilizan sistemas de Inteligencia Artificial con capacidad para aprender de las preguntas y respuestas del usuario para de esta forma, por ejemplo, definir un perfil individualizado que permita conocer sus preferencias y hábitos cara a personalizar acciones o servicios.

La digitalización, las tecnologías que propician la Industria 4.0 y los sistemas ciberfísicos conllevan un incremento exponencial de los dispositivos informatizados e interconectados que deben ser protegidos.

La aparición de nuevos sistemas de computación y almacenamiento, la implementación de aplicaciones de software para el cálculo, la inteligencia artificial, la gestión, la supervisión y el control, junto a nuevos esquemas de conectividad y técnicas de comunicaciones avanzadas, incrementan la vulnerabilidad y promueven nuevos intereses y tipos de actividades delictivas.

Todo ello agravado por el alto grado de interdependencia de los componentes, donde el mal funcionamiento de alguno de ellos puede resultar crítico para el conjunto del sistema.

Este escenario genera nuevos entornos de riesgo que incrementan dramáticamente la necesidad de proteger contra las amenazas informáticas de cualquier naturaleza los sistemas que integran la cadena de valor, la propiedad intelectual, los datos personales y la privacidad.

Es preciso incrementar la resiliencia de los sistemas, definir estrategias de seguridad adecuadas a cada escenario e implementar medios físicos y lógicos de prevención, contención y contrarrestación del espionaje y el sabotaje, así como del blindado de la confidencialidad en el intercambio de información y de la seguridad de las comunicaciones.

En entornos hiperconectados y multi empresariales, además de implementar controles seguros de autorización es necesario establecer segmentaciones adecuadas en las redes para impedir la propagación de los ataques, restringir el acceso físico e informático a los sistemas, emplear técnicas para detectar intrusiones y comportamientos anómalos, así como utilizar sistemas de encriptación y conexión segura.

En los entornos de industria 4.0, las características de explotación de las tecnologías emergentes requieren utilizar con distintos propósitos arquitecturas de software, hardware y comunicaciones flexibles, unido a infraestructuras que permitan altas capacidades de proceso distribuido, de almacenamiento de datos, así como de amplitud y bajo nivel de latencia en las comunicaciones.

En este contexto, el Cloud Computing se convierte en un elemento habilitador clave para la transformación digital de la empresa a los modelos de Industria 4.0. En especial para los sistemas de IoT, que han nacido bajo la premisa de colaboración en la nube.

El Cloud Computing es un conjunto de técnicas que permiten, de forma general, el acceso remoto a software, el almacenamiento de archivos y el procesamiento e intercambio de datos mediante una conexión, generalmente vía Internet, o en su defecto, mediante redes empresariales de uso compartido. La computación en la nube permite ejecutar diferentes tipos de programas sin necesidad de instalarlos localmente en los ordenadores y en los dispositivos de trabajo.

Los entornos de computación en la nube convierten las inversiones empresariales en tecnologías de la información en diferentes tipos de contratos de servicios basados en criterios de pago por uso. Las tres modalidades básicas de servicios en la nube son:

Infraestructura como servicio (IaaS)

Dota a las empresas de recursos de capacidad de proceso, almacenamiento y redes, así como elementos de seguridad de explotación. El entorno de software y las aplicaciones son propiedad de la empresa. Descarga a las compañías del coste de inversión, explotación y mantenimiento de infraestructuras y medios de computación, transformándolo en un servicio de pago por uso.

Plataforma como servicio (PaaS)

Añade a los entornos de IaaS capacidades de desarrollo e implementación de aplicaciones que estén habilitadas para trabajar en la nube. Además de los criterios de costes de IaaS, la plataforma como servicio transforma los costes de compra y mantenimiento de licencias de software, aplicaciones y middleware de explotación en costes de pago por uso.

Software como servicio (SaaS)

Modalidad de servicios de utilización de aplicaciones de usuario final mediante suscripción, realizándose el acceso al servicio a través de la web o de APIs suministradas por el proveedor.

Las soluciones híbridas y multi nube son el siguiente paso en la evolución del Cloud Computing. Estos modelos ofrecen una operativa completamente dinámica de la explotación y la gestión de recursos con una mayor flexibilidad y escalabilidad.

La tendencia es el traspaso paulatino de los entornos tecnológicos 4.0 a la nube. Incluso los sistemas internos que controlan los procesos industriales.

Se denomina Fabricación Aditiva, FA, al conjunto de tecnologías mediante las que una máquina elabora piezas añadiendo materiales por capas de acuerdo con las instrucciones proporcionadas por un modelo informático 3D. Es una nueva forma de obtener objetos que complementa o sustituye a los tradicionalmente utilizados de conformación (moldeo, forja, termo-conformado, etc.) y sustractivos (mecanizado, taladrado, corte, electroerosión u otros) y que se adentra en otros campos no industriales como, por ejemplo, el científico o el de la salud.

La fabricación aditiva es la tecnología de manufactura que más rápidamente ha evolucionado en el tiempo.

De ser una técnica de impresión 3D utilizando materiales plásticos, se ha convertido en una tecnología de fabricación que empieza a ser rentable y exacta en entornos industriales y científicos de alta precisión y exigencia como el aeroespacial, el biomédico y el sanitario, si bien actualmente se utiliza de forma especializada en la mayor parte de los ámbitos de la fabricación industrial o en la arquitectura. La tendencia es su incorporación generalizada en cualquier ámbito productivo, científico o de construcción.

El abaratamiento de los costes, la variedad de productos y su calidad junto con la disminución de los tiempos de manufactura, vienen derivados del aumento en las velocidades de proceso, la resolución, la exactitud y las posibilidades geométricas y mecánicas de los productos, junto a la diversificación de los tipos de materiales y aleaciones utilizables.

Todo ello se debe tanto a las mejoras e incorporación de nuevas técnicas y dispositivos de producción como al incremento de las características del software y hardware dedicado a la fabricación aditiva y sus niveles de integración con los sistemas de diseño de ingeniería, de control de producción y de gestión empresarial.

En función del tipo de material de aporte, existen diferentes tipos de Fabricación Aditiva, como, por ejemplo, la que utiliza polímeros, la que utiliza metales y aleaciones en la elaboración de piezas, la que utiliza materiales cerámicos o de construcción o las que utilizan materiales biológicos. En cada caso, a través de diferentes técnicas que implican el uso de distinta maquinaria y diferentes tecnologías de software y hardware informático.

La aplicación de la fabricación aditiva permite, entre otros aspectos, una mayor libertad y flexibilidad en el diseño de productos, permitiendo geometrías irrealizables mediante procesos convencionales, reducir el tiempo necesario de puesta en el mercado de productos personalizados, la fabricación a la carta junto a la disminución de stocks, la flexibilidad de fabricación de diferentes piezas en el mismo equipamiento con tiempos de cambio mínimos y la fabricación automática del producto evitando errores en la producción.

Otro elemento singular de la Fabricación Aditiva es la posibilidad de deslocalizar la fabricación, lo que hace posible obtener in situ piezas fuera de entornos con infraestructura industrial.