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White Paper Fabricando el futuro: el viaje de Smart Factory

White PaperFabricando el futuro: el viaje de Smart FactoryFujitsu America, Inc. Ray Russ, Greg Pincar, Alok Sahu

Contenido

Introducción »

Smart Factory y sus beneficios »

Smart Factory Framework »

El viaje de Smart Factory »

Estudios de caso »

Conclusión »




Introducción: fabricar el futuroDesde la revolución industrial, la fabricación no ha podido pregonar una reputación como el lugar donde ocurre el futuro hoy. Sin embargo, durante las últimas dos décadas, se ha ganado la reputación de ser una rama ruidosa pero aburrida del mundo tecnológico moderno. Entre la gran cantidad de informes y estudios sobre innovación tecnológica, ahora es mucho más común escuchar que la fabricación se cita como un campo en el que se está desarrollando la llamada "transformación digital".

¿Por qué el cambio? Considere la evolución que comenzódos décadas antes. Desde la década de 1980, la tecnología de la información (TI) fue donde se produjo la verdadera emoción, impulsada por la revolución de los microprocesadores. A esto le siguió el viejo mundo de la tecnología operativa (OT), cuando las válvulas, bombas, fresadoras, prensas de metal, tornos y cintas transportadoras se unieron a la fiesta. Al incorporar procesadores en OT y conectar todo en la fábrica entre sí, así como los sistemas de TI empresariales, los fabricantes crearon la primera versión de "fábricas conectadas". Unos años más tarde, la capacidad de dar a cualquier dispositivo una dirección IP abrió las puertas al Internet de las cosas (IoT) y a un nuevo conjunto de posibilidades "hiperconectadas" para los fabricantes. Ahora podían ver realmente lo que estaba sucediendo a lo largo de toda la cadena de suministro y valor.

Ocultas durante mucho tiempo por intermediarios y minoristas, incluso tienen acceso, santo grial, al contacto directo con el usuario final final, ya sea consumidor o cliente. La velocidad a la que todo esto es posible también se ha acelerado. La modernización de los entornos de TI heredados ahora puede ser extremadamente rápida, aprovechando plataformas modernas como la nube, SaaS y PaaS para permitir una rápida adopción de nuevas tecnologías y aplicaciones.

En Alemania, en 2011, las nuevas posibilidades emergentes se reunieron en una visión llamada "Industria 4.0". Desde entonces, esto ha visto una adopción global cada vez mayor y está brindando numerosos beneficios impensables hace solo unos pocos años. En el corazón de la visión de la Industria 4.0 se encuentra la Smart Factory.Smart Factory es donde se está haciendo el futuro hoy. Este documento técnico analiza qué es una Smart Factory, sus beneficios, un marco para imaginar un futuro de Smart Factory lo suficientemente radical como para alterar los mercados y una hoja de ruta hacia ese futuro radical que es pragmático y de bajo riesgo.




Smart Factory y sus beneficiosSmart Factory surgió de la tendencia de la automatización y el intercambio de datos en las tecnologías de fabricación. Incluye sistemas ciberfísicos, IoT, computación en la nube, inteligencia artificial y más.

Smart Factory es una operación altamente receptiva, adaptativa y conectada integrada en una red de suministro digital. El principio básico es que al conectar máquinas y otros sistemas, las empresas están creando redes inteligentes a lo largo del proceso de fabricación que pueden controlarse entre sí de forma autónoma, o al menos semiautónoma, y en tiempo real. Los sistemas ciberfísicos monitorean los procesos físicos, crean una copia virtual del mundo físico (un 'Gemelo Digital') y toman decisiones descentralizadas. A través del IoT, los sistemas ciberfísicos se comunican y cooperan entre sí y con los humanos en tiempo real, tanto internamente como a través de los límites organizacionales, incluso extendiéndose a proveedores y socios en la cadena de valor, así como a clientes y usuarios finales. En una implementación ideal, este enfoque puede reducir el costo de producción de un pedido individual, muy cerca de los niveles producidos en masa, lo que ayuda a regiones industrializadas como América del Norte y Europa a eliminar prácticamente sus desventajas de costos laborales más altos en comparación con países como China o India.

La hiperconectividad es la clave de Smart Factory, ya que sustenta el flujo automatizado en tiempo real de información, análisis, instrucciones y transacciones a partir de los cuales se pueden obtener ganancias de eficiencia. El verdadero potencial aquí es mucho más significativo que incluso las ganancias de eficiencia. Esto se debe a que, cuando se implementa de manera efectiva, puede crear modelos comerciales completamente nuevos y permitir que los fabricantes sigan siendo relevantes. Esto es crucial considerando la disrupción que la mayoría de las industrias han enfrentado durante la última década: las empresas que han sido líderes en su campo han sido desplazadas por recién llegados con nuevas formas de operar que brindan mayor valor a sus clientes que los enfoques tradicionales. Ante posibles golpes de noque por todos lados, los fabricantes deben pensar y planificar de manera lo suficientemente radical como para asegurarse de que puedan soportar las ondas de choque de la competencia. La alternativa es desoladora: nadie aspira a ser el próximo Kodak, Sony Walkman o Nokia.

En consecuencia, muchas empresas se están alterando para abordar estos cambios y seguir siendo competitivas. Muchos productos manufacturados tradicionales ahora se pueden vender a través de un modelo de servicios administrados; por ejemplo, algunos fabricantes de motores a reacción ya no venden motores, sino que venden horas de funcionamiento del motor.

Algunos fabricantes de la industria de la construcción ya no venden excavadoras, venden el volumen de tierra movida. Mientras que algunos fabricantes de bombas de agua ahora cobran por volumen de líquido bombeado. Lo que todas estas empresas tienen en común es que su visión de Smart Factory se extiende más allá del proceso de fabricación en sí para abarcar toda la cadena de valor, especialmente cómo los clientes consumen el producto final.

Cada transformación de Smart Factory comienza con redes digitales que conectan la fábrica tanto con los proveedores como con los productos que se entregan a los clientes. Enriquecer una fábrica con capacidades digitales significa que el rendimiento, la utilización y la calidad se maximizan pero, como resultado de esta integración, la nueva Smart Factory también sabe exactamente qué recursos están disponibles de qué proveedor y puede solicitarlos automáticamente en el momento más apropiado para satisfacer las demandas cambiantes de los clientes. La fábrica está completamente automatizada y puede adaptarse a los cambios rápidamente. Además, los productos manufacturados pueden mejorarse mediante servicios basados en datos que permitan nuevos modelos de consumo, como horas de motor en lugar de ventas de motores a reacción. Además, la inteligencia del sistema no termina con la venta de un producto: los sensores, cuando corresponda, en cada producto pueden detectar cualquier deterioro en el rendimiento y pueden solicitar mantenimiento automáticamente.

Las empresas transformadoras tienen otra característica en común: todas recopilan una gran cantidad de datos a lo largo de todo el ciclo de vida de sus productos y los convierten en información valiosa, esencialmente creando valor adicional en torno a sus productos. No solo han optimizado la forma en que se fabrican sus productos; también han dado un paso atrás para ver cómo mejorar la experiencia del cliente. La optimización de la calidad y el costo siguen siendo factores cruciales, pero el valor real ahora proviene del uso de datos para enriquecer los productos, por ejemplo, al incluir servicios de valor agregado como modelos de pago por uso o capacidades de mantenimiento predictivo.

La optimización de persona a máquina (H2M) también puede recopilar datos de rendimiento de cientos o miles de máquinas industriales utilizadas por diferentes clientes, de modo que un fabricante de dichas máquinas pueda aplicar análisis avanzados e inteligencia artificial a esos datos para obtener información sobre los factores o condiciones que pueden causar

Rendimiento inferior al ideal o incluso fallas de la máquina. Estos datos también se utilizarán para impulsar el diseño de la próxima generación de máquinas.




Smart Factory FrameworkNo existe una respuesta única a lo que es una Smart FactoryConstruir uno será diferente para cada organización, línea de productos y negocio, con tantas opciones disponibles que la mayoría lucha por saber por dónde empezar. A medida que los fabricantes avanzan hacia la era de la fabricación digital, es importante que tengan una perspectiva clara de cómo será su futuro digital. Muchos fabricantes tienen, en el mejor de los casos, un punto de vista fragmentado.Para ayudar a los clientes de fabricación a superar las prioridades y reclamos en competencia que rodean cualquier proyecto de Smart Factory, Fujitsu ha refinado su experiencia en la fabricación en un modelo que puede ser utilizado por cualquier organización para guiar el pensamiento y la planificación. El modelo tiene tres capas: Atributos, Capacidades y Habilitadores y se aborda en ese orden.En otras palabras, la decisión generalmente se toma en último lugar con respecto a los habilitadores, que incluyen tecnologías que hacen que Smart Factory sea una realidad, no como una solución de caja mágica al principio del proyecto.

En Smart Factory Framework (Fig.1 a continuación), "Smart" en el centro de la rueda se define como una función de tres Atributos clave. Una Smart Factory debe ser:

»Conectado: la empresa está integrada horizontal y verticalmente para facilitar el flujo en tiempo real de datos inteligentes entre personas, procesos, tecnologías, activos físicos (fábrica) y activos virtuales.

»Tiempo real: tiempo real durante el cual ocurre un proceso o evento. Dentro del sistema conectado, los datos de entrada y los datos inteligentes se procesan casi en tiempo real (milisegundos), por lo que están disponibles para su uso inmediato.

» Inteligente: capaz de analizar, en tiempo real, estados y / o acciones, en respuesta a diferentes situaciones, requisitos y experiencias pasadas, y actualizar datos en consecuencia.

Habilitadores

Capacidades

Atributos

Figure 1. Fujitsu Smart Factory Framework



Smart Factory Framework también presenta un Smart Factory Maturity Model (Fig. 3). El modelo de madurez es ayudar a los fabricantes a medir dónde se encuentran en su viaje, guiar su dirección futura y diseñar una hoja de ruta. El modelo de madurez de fábrica inteligente introduce definiciones y criterios para las cuatro fases de madurez de cada una de las siete capacidades inteligentes. Esto permite evaluar la madurez como un todo o solo para una función empresarial seleccionada.


Estos tres atributos crean siete capacidades de Smart Factory que se pueden entregar por separado o en su totalidad y que transforman el rendimiento y los resultados. Abrazan:

»Operaciones de fabricación inteligente»Gestión de calidad inteligente»Mantenimiento inteligente de plantas» Ingeniería inteligente»Colaboración inteligente en la cadena de suministro»Fabricación ecológica inteligente»Gente inteligente

Cada una de las capacidades inteligentes tiene las suyas propias; definición, grupo de usuarios objetivo, propuesta de valor, bloques de construcción y modelo de madurez. Por ejemplo, las capacidades de operaciones de fabricación inteligente (Fig. 2 a la derecha) son para ejecutivos, gerentes y operadores de operaciones de producción. Se define como "un sistema de fabricación colaborativo totalmente integrado que optimiza el uso de recursos para responder en tiempo real a las demandas y eventos cambiantes en el piso de producción". Las capacidades de operaciones de fabricación inteligente tienen siete bloques de construcción potenciales que incluyen: programación y despacho, seguimiento y trazabilidad de productos, administración de documentos e instrucción de trabajo, administración de mano de obra, control de procesos, adquisición de recopilación de datos y / o análisis de desempeño. Cada uno de estos bloques de construcción es un componente funcional dentro del proceso de un extremo a otro de las operaciones de fabricación.

Figura 3. Smart Factory Maturity Model

Formativo Desarrollo Madurando Inteligente

Conocimiento institucionalizado con iniciativas limitadas

Centrado en funciones con

iniciativas dedicadas

Enfoque sistemático y comprensión del

estado final

Visión y hoja de ruta claramente definidas

Fuerte dependencia del conocimiento

institucionalizado.La organización reconoce la necesidad de cambio, pero se centra en la lucha contra

incendios..

Reconocimiento de soluciones funcionales para

mejorar la recolección de datos y el proceso de

decisión. Pensamientos iniciales de un proceso y

una solución empresarial.

Creando la visión para un enfoque integrado.

Comprensión básica de los habilitadores de

tecnología y los requisitos de datos en

toda la empresa.

Visión validada para un sistema para toda la

empresa que está integrado horizontal y verticalmente, conectado y habilitado en

tiempo real por tecnología y soluciones inteligentes.

» Programación, despacho

» Seguimiento y trazabilidad de productos

» Gestión documental e instrucción de trabajo

» Gestión laboral» Control de

procesos» Adquisición de

recopilación de datos

» Análisis de rendimiento

Smart Manufacturing Operations

Un sistema de fabricación colaborativo totalmente integrado que optimiza el uso de recursos para responder en tiempo real a las demandas y eventos cambiantes en el piso de producción.

Figura 2. Capacidad de operaciones de fabricación inteligente

Smart Factory Maturity Model



Tecnología (agnóstico)

» Reconocido como uno de los habilitadores en el viaje hacia una Smart Factory

» Depende de la organización, el negocio, los procesos y los productos

» Debe ser relevante, proporcionar valor, respaldar el negocio y ser aceptado por los usuarios.


La capa final del Smart Factory Framework contiene los habilitadores, las tecnologías candidatas para crear capacidades. Son las piezas finales del rompecabezas, no la mesa sobre la que descansa el rompecabezas.Esta capa es una guía para que los fabricantes seleccionen la tecnología y las herramientas adecuadas para habilitar las capacidades de Smart Factory, por funciones comerciales. Por ejemplo, algunas tecnologías emergentes como la IA, a través del entusiasmo excesivo y el comportamiento oportunista, han llevado a soluciones puntuales o sub-optimizadas. Smart Factory Framework coloca a la IA en el contexto correcto de la función comercial para explorar y definir exactamente lo que puede hacer.

Además, Smart Factory Framework no solo proporciona una guía de selección de tecnología genérica, sino que también proporciona una biblioteca de activos reutilizables para permitir a los fabricantes probar y validar las tecnologías y los casos comerciales en tan solo unas semanas. Este es el diferenciador entre Fujitsu Smart Factory Framework y los de otras empresas de asesoramiento.Este es solo un pequeño ejemplo de los habilitadores técnicos disponibles en la actualidad. No hay escasez de soluciones, aplicaciones, plataformas, dispositivos IoT, etc. disponibles para que su transformación y su negocio sean exitosos.

Figura 4. Habilitadores de la tecnología Smart Factory



Dentro de estas tres etapas, hay un ciclo de vida (Fig.5 a continuación) que comprende cinco servicios de transformación de fábricas inteligentes:

1. Piensa en grandes

» Co-definir el estado del objetivo, trazar la visión y estrategia de Smart Factory del cliente, desarrollar el modelo de madurez y los criterios de evaluación de Smart Factory del cliente, y desarrollar el caso de negocio

» Co-desarrollar la hoja de ruta, definir las capacidades necesarias, desarrollar una hoja de ruta integrada y basada en resultados e identificar oportunidades piloto

2. Construya - Empiece con poco

» Prueba de valor: implementación de proyectos piloto de prueba de valor que tienen un enfoque bimodal y orientado a resultados comerciales. Pónganse en marcha con ofertas de implementación rápida, aplicaciones, tecnologías de Fujitsu y otras plataformas.

3. Corre: crece rápido

» MImplementación gestionada - Cultura digital y transformación organizacional, implementación de tecnología

» Servicios gestionados: servicios gestionados transformacionales y TI híbrida que respaldan la fábrica del futuro

Figura 5. Servicios de transformación de fábricas inteligentes

Build - Start Small

» Servicios gestionados » TI híbrida transformacionales

» Implementación de tecnología

» Enfoquebimodal

» Transformación organizacional

» Mejores prácticas de la industria

» Visión y estrategia

» Modelo de madurez

» Basado en resultados comerciales

» Hoja de ruta basada en resultados

Plan - Piensa en grande

Correr - Escala rápido

El viaje de Smart Factory


El viaje de Smart Factory El marco se centra en las necesidades estratégicas del fabricante y cómo una fábrica inteligente puede acelerar su alcance. Esto debe ser visionario y realista. Es esencial tener la visión y el coraje suficientes para emprender acciones radicales. Pero, si bien el cambio incremental no es suficiente, esto no implica que los fabricantes deban adoptar un enfoque revolucionario de "año cero", en el que solo se puede esperar que sobrevivan las fábricas nuevas de raíz y rama. Hay muchos ejemplos en los que las fábricas existentes, algunas de ellas con décadas de antigüedad, han sido transformadas por un nuevo pensamiento radical. Por ejemplo, según McKinsey, Bayer pudo aumentar la productividad en un sitio heredado en Italia en un 40%, mientras que el sitio de Bosch Wuxi en China, que ya operaba con un 94% de efectividad general del equipo, lo llevó al 100% sin ninguna nueva inversión de capital1. El viaje de Smart Factory en tres frentes es la hoja de ruta para alcanzar esos objetivos. Comienza con la etapa 1: la ideación, "pensar en grande", saca todas las ideas a la luz y acuerda una visión. En la etapa 2 - Construir - sé realista. Es importante empezar poco a poco aquí, no apueste todo. Descubra qué es lo que realmente funciona, qué no y luego pase a la etapa 3, Ejecutar, que es una ampliación rápida, basada en las lecciones aprendidas en la etapa 2.

1 McKinsey & Company podcast: The future of manufacturing, March 2019

» Oportunidades piloto de ID

» Casos de negocios




Hay un desglose adicional en el modelo en procesos y herramientas reutilizables dentro de cada uno de los cinco Servicios de transformación.Por ejemplo, para las etapas de "Pensar en grande" de co-definir el estado objetivo y co-desarrollar la hoja de ruta, el proceso se muestra en la Figura 6.

Figura 7. Entregables de Smart Factory Consulting

Descubrimiento GAP Análisis

Objetivos de negocios

Procesos del estado actual

KPI actuales

Integración de dominio

Puntos de dolor

Modelo de madurez del estado actual

ReporteFinal

Caso de negocio

Modelo de madurez del estado futuro

Hoja de ruta / desarrollo de casos comerciales

Mapa vial

» Gestión del ciclo de vida del producto» Mantenimiento de planta» Gestión de la calidad» Integración de taller

Requisitos comerciales

Requisitos tecnológicos

Requisitos organizativos

Requisitos de proceso

Requisitos de personas

Figura 6. Desarrollo de la hoja de ruta de fábricas inteligentes

En la fase de evaluación de la madurez de los procesos de negocio, los consultores utilizan la metodología y las herramientas basadas en el Modelo de madurez de procesos y empresas (Fig.7) para calificar los cinco habilitadores de procesos: diseño, ejecutores, propietarios, infraestructura y métricas, para evaluar la madurez del proceso y generar un informe de madurez (Fig. 8 al dorso), que se utiliza para guiar el desarrollo y la implementación de la hoja de ruta.




Figura 8. Un ejemplo de la vida real de clasificación de madurez de procesos

Implementar pilotos de MES en cuatro plantas seleccionadas en todo el mundo en cuatro unidades de negocio.Trabajar con el cliente y SAP para monitorear y socializar la realización de valor y fortalecer el caso de negocios.

Conectividad manual a automatizada / de extremo a extremoReduce todo el seguimiento en papel a la recopilación de datos automatizada con análisis en tiempo real. Desde la trazabilidad fragmentada hasta la trazabilidad de extremo a extremo con no conformidades detalladas. Inicio automático de máquinas según la receta y el material

Tiempo de ciclo / mejora de informesLa producción por hora aumentó en un 7%. Informes reducidos de tres días a tiempo real para análisis de calidad y procesos

Capacidad de visibilidad de extremo a extremoCapacidad de OEE completa en toda la planta / línea / máquina individual. Integrado con dispositivos PLC / IO

Estudio de caso: Conglomerado multinacional




Proveedor líder mundial de cabezales de impresión de inyección de tinta para impresión comercial e industrial. La solución de gestión de calidad y fabricación integrada para empresas conecta máquinas, procesos, datos y personas.

Estudio de caso: fabricante de cabezales de impresora industrial de alta tecnología

Reducción del tiempo de comercialización, mano de obra e inventarioPlanificación y programación de la producción mejoradas con integración de la planta superior a la planta y la trazabilidad de extremo a extremo

Control de producción mejorado Resultó en un costo reducido de mala calidad y mejor tiempo de trabajo

Mejora de la productividad e informes en tiempo realReducción significativa en el usuario final basada en el diseño de interfaz de usuario simplificado, el tiempo de interacción se redujo en aproximadamente un 20% en comparación con el sistema MES anterior

Organización multinacional - empresa principal de fabricación de persianas y cubiertas para ventanas. Simplifique con elegancia nuestro trabajo, acelere nuestro crecimiento y capacite a nuestra gente.

Estudio de caso: Fabricante líder mundial de persianas

Estandarización de procesos y sistemas de fabricación Huella reducida de 12+ MES System a Enterprise MES System. Interfaces de usuario unificadas entre plantas para procesos similares

Información mejorada para la toma de decisionesCon la conectividad desde el piso superior hasta el piso de producción, la disponibilidad de datos ya está ayudando a identificar la optimización en toda la cadena de suministro

Experiencia de cliente mejoradaEn un momento dado, el cliente puede rastrear dónde están sus productos en toda la cadena de suministro y cuándo se entregarán, ya que la mayoría de los productos se fabrican bajo pedido




Una de las mayores empresas de materiales de construcción del mundo. Empresa, solución integrada de gestión de calidad y fabricación que conecta máquinas, procesos, datos y personas

Estudio de caso: Fabricante líder de aislamiento de viviendas

Calidad y rendimiento mejoradosReduzca el tiempo de implementación de la Gestión de calidad simple de más de 20 semanas a 10 semanas con la "plantilla" de Fujitsu

Incrementar la eficienciaReduzca el tiempo de implementación de la ejecución de producción de más de 24 semanas a tan solo 12 semanas

Mayor visibilidad en el piso de producciónFujitsu incorporó informes de autoservicio con componentes reutilizables para mejorar la satisfacción del usuario final

ConclusiónLas fábricas del futuro se distinguirán por un conjunto de características tecnológicas y organizativas en constante evolución que las diferenciarán de las que tenemos hoy.Ellos estarán:

» Intensivo en información y altamente automatizado

» Ágil, flexible y reconfigurable para satisfacer las demandas de personalización masiva

» Altamente conectado e integrado electrónicamente para orquestar la gestión de la información de una empresa sobre sus procesos, productos y propiedad intelectual, y el conocimiento de su fuerza laboral y sus clientes

» Caracterizado por empleados altamente capacitados, capacitados y motivados

» Capaz de recopilar, analizar y utilizar de forma eficaz en sus procesos de toma de decisiones la enorme cantidad de datos que se generan a partir de la conectividad generalizada, y ...

» Altamente productivo, competitivo y sostenible

Caracterizado por empleados altamente capacitados, capacitados y motivadosNo existe una solución genérica de Smart Factory que sea aplicable a todas las empresas de fabricación. Traducir Smart Factory en valor requiere un marco basado en resultados, como se analiza aquí, para seleccionar atributos, capacidades y habilitadores que son específicos para su negocio, organización y línea de productos. Esto proporciona la base para un viaje de Smart Factory aprovechando procesos y herramientas probados y con comprobaciones periódicas de madurez en el marco.



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Fujitsu está ayudando a varios clientes en todo el mundo a dar forma a su viaje hacia el futuro, ya sea su fabricante industrial en Estados Unidos o Smart Factory habilitado para 5G en los países nórdicos o

una planta de procesamiento de alimentos o un fabricante de automóviles en la región de Asia con varias iniciativas que los están

ayudando a avanzar en su viaje de fábrica inteligente.

Empiece su viaje inteligente


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