Cuando una empresa de manufactura se embarca en iniciativas relativas a la Industria 4.0, es común que comience invirtiendo en infraestructura para medir, registrar, procesar y tomar decisiones en tiempo real sobre los procesos existentes. La medición y el registro se logran mediante la sensorización estratégica, lo cual proporciona una base sólida para la automatización y administración de la tecnología. Anteriormente mencioné como el control es el paso previo para la mejora de procesos, pero la medición es la base. Idealmente, nos gustaría poder medir cada variable en nuestra cadena de suministro, procesar los datos generados por los sensores y brindar retroalimentación continua en un ciclo de pilotaje automático.
Sin embargo, los recursos tienden a ser limitados y la sensorización debe llevarse a cabo de manera eficiente, evitando desperdiciar capacidades. Una estrategia ampliamente reconocida en la administración y control de procesos que puede ayudarnos a lograr esto es el análisis de riesgos.
En este artículo, dirigido a ingenieros de calidad, dueños de procesos, ingenieros industriales, gerentes y directivos que se están iniciando o desean embarcarse en el mundo de la Industria 4.0, discutiremos el papel de la sensorización en esta iniciativa. Comenzaremos describiendo la sensorización y cómo el análisis de riesgos, utilizando una conocida herramienta de la industria llamada AMFE (Análisis de Modo y Efecto de Falla), puede ayudarnos a lograr una sensorización estratégica y efectiva.
Industria 4.0
La Industria 4.0, también conocida como la Cuarta Revolución Industrial, se refiere al uso de tecnologías avanzadas para diseñar procesos, productos y resolver problemas en la industria manufacturera y de servicios. Se basa en la integración de tecnologías como la inteligencia artificial, el Internet de las cosas (IoT), el análisis de datos masivos (big data), la robótica, la ciberseguridad, la fabricación aditiva (impresión 3D), la automatización, los sistemas de comunicación avanzados, y, por supuesto, la sensorización.
Esta nueva iniciativa industrial se puede considerar como una evolución de la fábrica inteligente, con el objetivo de mejorar la eficiencia y flexibilidad de los procesos de producción mediante la integración vertical y horizontal de sistemas físicos y digitales en un entidades llamadas sistemas cyberfísicos. Se busca lograr una mayor personalización de los productos y servicios, y destaca la importancia de la toma de decisiones basada en datos. La colaboración entre humanos y máquinas, como el uso de cobots, es promovida, y se contribuye al desarrollo sostenible al reducir el consumo de recursos y minimizar la generación de residuos.
La Industria 4.0 representa una meta a la que la industria moderna aspira en la actualidad, con esfuerzos tangiles y tecnologías reales, donde la integración a través de sensores juega un papel fundamental.
Sensorización
El término “sensorización” se refiere al proceso de integrar sensores en diferentes etapas de un proceso para monitorear y recopilar información sobre diversas características del mismo. Mediante el uso de sensores, podemos obtener datos y convertirlos en información útil para la toma de decisiones.
En el contexto de la Industria 4.0, la sensorización desempeña un papel fundamental, especialmente en empresas de manufactura. Algunas formas en que este concepto se relaciona con la Industria 4.0 son las siguientes:
- Monitoreo en tiempo real: La sensorización permite a las empresas monitorear de manera continua las condiciones de producción, el rendimiento de la maquinaria y las diferentes características de calidad que definen sus productos. Mediante un procesamiento eficiente de datos, el monitoreo ayuda a detectar problemas antes de que se conviertan en fallas costosas o tiempos de inactividad no planificados. Por ejemplo, detectar oportunamente una reducción en el espesor de una capa de pintura en la fabricación de rollos de acero puede evitar altos costos de reprocesamiento.
- Mantenimiento predictivo: A través del monitoreo de las condiciones de los activos, las empresas pueden predecir cuándo será necesario realizar mantenimiento en sus máquinas y equipos, lo que permite programar el mantenimiento de manera más eficiente y reducir las interrupciones en la producción. Por ejemplo, detectar un aumento en las vibraciones de un rodamiento y predecir cuándo se volverán excesivas es clave para determinar su vida útil restante y planificar el mantenimiento correspondiente.
- Optimización del proceso: Los datos recopilados mediante la sensorización pueden utilizarse para analizar y optimizar los procesos de producción, lo que puede llevar a mejoras en la eficiencia, la calidad del producto y la reducción de costos. Mediante análisis retrospectivos, los datos recopilados por un sensor pueden usarse para generar modelos matemáticos y estadísticos que analicen los factores relacionados con una característica de calidad deseada, establezcan relaciones y recomienden niveles de operación más eficientes. En un monitoreo en línea, utilizando modelos de inteligencia artificial, los sensores conectados a un sistema de retroalimentación permiten realizar ajustes automáticos en la línea de producción.
Los sensores, al igual que nuestros sentidos de vista, oído, olfato, gusto y tacto, nos conectan con el proceso, nos brindan información y permiten la retroalimentación cuando se conectan con sistemas inteligentes hombre-máquina. Nos gustaría saber lo que está sucediendo en cada momento, “todo, en todas partes, al mismo tiempo”, pero eso conlleva un costo y los recursos son limitados. Por lo tanto, necesitamos ser eficientes, generar el menor costo posible y establecer prioridades. Es necesario tener una sensorización estratégica.
Se controlan los riesgos
Una forma en la que las empresas de manufactura comienzan su camino hacia la Industria 4.0 es a través de la sensorización. Sin embargo, cuando no se tienen pautas claras sobre qué se debe y qué no se debe sensorizar, corremos el riesgo de desperdiciar recursos y terminamos abrumados por un mar de datos que carecen de utilidad. Es necesario establecer prioridades. ¿Cuál es la clave? Los riesgos.
Si asumimos que nuestros recursos no son ilimitados, también debemos asumir que no podemos sensorizar todas las variables involucradas en nuestros procesos. Debemos elegir, y para ello utilizamos la relación entre sensorización y control. La sensorización es una herramienta para el control y la gestión de procesos. Sabemos que microgestionar puede entorpecer la operación, aumentar los costos asociados con la inspección y la prevención, y encarecer el valor de nuestros procesos. Un buen administrador, consciente de que los recursos son limitados, administra (o controla) una sola cosa: los riesgos. Por lo tanto, antes de invertir en sensorizar todo lo que se mueve o cambia de temperatura, es importante sensorizar primero los riesgos involucrados en tu proceso, producto o activo industrial. De esta manera, para lograr una sensorización efectiva que realmente impacte en tu organización, es necesario comprender qué son los riesgos y cómo se identifican.
Riesgos y cómo identificarlos
En el contexto de la manufactura, un riesgo es un evento negativo que potencialmente puede afectar la calidad de los productos, el flujo del proceso de transformación, la seguridad de los empleados o la rentabilidad de la empresa. El análisis de riesgos es un proceso sistemático para identificarlos.
Para identificar las necesidades de sensorización en un proceso de manufactura a través del análisis de riesgos, se pueden seguir los siguientes pasos:
- Identificación de riesgos: Enumere todos los riesgos potenciales asociados con el proceso de manufactura. Estos riesgos pueden incluir fallas en la maquinaria, errores humanos, problemas de calidad del producto, problemas en la cadena de suministro, entre otros.
- Evaluación de riesgos: Clasifique los riesgos según su probabilidad de ocurrencia y su impacto en el proceso de manufactura. Esto puede implicar evaluar la frecuencia con la que se espera que ocurran los riesgos y el grado en que afectarán al proceso.
- Priorización de riesgos: Ordene los riesgos identificados en función de su importancia, teniendo en cuenta tanto la probabilidad de ocurrencia como el impacto potencial. Los riesgos que se encuentren en la parte superior de la lista deben recibir mayor atención.
Existen muchas herramientas disponibles para llevar a cabo este análisis. Una herramienta popular entre los analistas es el árbol de fallas. Sin embargo, si posees o trabajas en una empresa de manufactura, es probable que ya estés familiarizado con otra herramienta llamada AMEF (Análisis de Modo y Efecto de Falla). El AMEF es una herramienta efectiva para identificar y evaluar los riesgos en los procesos de manufactura.
Al utilizar el AMEF, puedes analizar los posibles modos de falla, las causas potenciales de esos modos de falla, los efectos que podrían tener en el proceso y la gravedad de esos efectos. Esto te permitirá identificar los riesgos críticos que deben abordarse a través de la sensorización.
Al enfocar los esfuerzos en los riesgos más significativos y prioritarios, puedes tomar decisiones informadas sobre qué variables y características del proceso necesitan ser sensorizadas para obtener información relevante y tomar medidas preventivas o correctivas para un uso de recursos eficiente.
El análisis de riesgos y la sensorización van de la mano para lograr una sensorización estratégica, y son fundamentales para aprovechar al máximo las tecnologías de la Industria 4.0 y lograr mejoras significativas en la eficiencia, calidad y rentabilidad de los procesos de manufactura.
AMEF
El AMEF (Análisis de Modos y Efectos de Falla), también conocido como FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) en inglés, es una metodología ampliamente utilizada para analizar y evaluar los riesgos en los procesos de manufactura. El AMEF ayuda a identificar los posibles modos de falla en un proceso, evaluar sus causas y efectos, y priorizar las acciones correctivas necesarias para mitigar esos riesgos.
El AMEF tiene sus orígenes en la década de 1940, cuando fue desarrollado por el ejército de los Estados Unidos con el objetivo de mejorar la confiabilidad de los sistemas militares. En la década de 1960, la NASA adoptó y perfeccionó la metodología AMEF para mejorar la calidad y confiabilidad en sus programas espaciales, como el proyecto Apolo.
El proceso de AMEF implica evaluar cada modo de falla potencial en función de tres factores: la gravedad o severidad del efecto de la falla, la probabilidad de ocurrencia de la causa de la falla y la probabilidad de detección de la falla antes de que cause un impacto negativo. Estos factores se multiplican entre sí para obtener el Número de Prioridad de Riesgo (NPR), que se utiliza para priorizar las acciones correctivas y preventivas necesarias para abordar los modos de falla identificados. El NPR es un valor utilizado en el AMEF para establecer la prioridad de los riesgos identificados.
El AMEF es una herramienta valiosa para identificar y abordar los riesgos en los procesos de manufactura, permitiendo tomar acciones preventivas y correctivas de manera estructurada y eficiente. Al aplicar el AMEF, las empresas pueden reducir la probabilidad de fallas y mejorar la calidad, confiabilidad y seguridad en sus productos y procesos.
Plantilla para el AMEF
A continuación, se presenta una plantilla básica para llevar a cabo el AMEF:
| Nº | Función | Modo de falla | Efecto(s) de falla | Severidad | Causa(s) | Probabilidad | Control actual | Detección | RPN |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||||||
| 2 | |||||||||
| 3 |
Donde:
- Nº: Número de ítem o paso en el proceso.
- Función: Descripción de la función o tarea que se realiza en ese paso del proceso.
- Modo de falla: Manera en que la función puede fallar o no cumplir con los requisitos esperados.
- Efecto(s) de falla: Consecuencias negativas de la falla en el proceso, sistema o componente.
- Severidad: Valor numérico asignado para calificar la gravedad del efecto de falla (generalmente de 1 a 10, siendo 1 el menos severo y 10 el más severo).
- Causa(s): Factores que pueden contribuir a la aparición del modo de falla. Puedes tener más de una causa.
- Probabilidad: Valor numérico asignado para calificar la probabilidad de que ocurra la causa de la falla (generalmente de 1 a 10, siendo 1 el menos probable y 10 el más probable).
- Control actual: Medidas existentes para prevenir o detectar la causa de la falla.
- Detección: Valor numérico asignado para calificar la capacidad del control actual para detectar la causa de la falla antes de que afecte al cliente (generalmente de 1 a 10, siendo 1 el más probable de detectar y 10 el menos probable).
- RPN: Número de Prioridad de Riesgo (Risk Priority Number), que se calcula como el producto de Severidad, Probabilidad y Detección (RPN = Severidad x Probabilidad x Detección). Este valor se utiliza para priorizar los modos de falla y enfocar los esfuerzos de mejora.
Esta plantilla te ayudará a organizar y analizar la información relevante sobre las fallas potenciales en un proceso, sistema o componente. Puedes ajustarla y expandirla según las necesidades específicas de tu proyecto.
Sensorización estratégica
Para lograr una sensorización estratégica utilizando el AMEF en la identificación de los requerimientos de variables a controlar y, posteriormente, en la definición de los requerimientos de sensorización, puedes seguir estos pasos:
- Identifica las etapas y componentes críticos del proceso de manufactura.
- Enumera los posibles modos de falla para cada etapa o componente, junto con sus causas y efectos.
- Asigna valores de severidad, ocurrencia y detección para cada modo de falla y calcula el NPR.
- Ordena los modos de falla por su NPR, priorizando aquellos con valores más altos, ya que representan mayores riesgos para el proceso de manufactura.
- Identifica las variables a controlar relacionadas con los modos de falla de mayor prioridad. Estas variables podrían estar asociadas con factores como la calidad del producto, las condiciones de funcionamiento de la maquinaria, los parámetros del proceso, entre otros.
- Basándote en las variables a controlar identificadas, determina los requisitos de sensorización necesarios para monitorear y controlar esas variables de manera efectiva. Esto puede incluir la selección de sensores adecuados, la ubicación de los sensores en el proceso y la integración de los datos recopilados con sistemas de control y análisis de datos.
- Implementa la sensorización y establece mecanismos de retroalimentación y control basados en los datos recopilados, lo que permitirá una mayor prevención y detección temprana de fallas en el proceso de manufactura.
- Revisa y actualiza periódicamente el AMEF para garantizar que se aborden los cambios en el proceso, la tecnología o el entorno operativo. También asegúrate de que las acciones correctivas se implementen según sea necesario y que se monitoree su efectividad.
Al seguir estos pasos, podrás utilizar el AMEF de manera efectiva para identificar y priorizar los riesgos en tu proceso de manufactura, lo que te permitirá enfocar tus esfuerzos de sensorización en las áreas críticas y mejorar la eficiencia, calidad y confiabilidad de tu proceso.
Conclusiones
El análisis de riesgos es un elemento clave para implementar una sensorización efectiva dentro de las llamadas iniciativas de la Industria 4.0 en las empresas de manufactura. Gracias a la sensorización estratégica, basada en el análisis de riesgos, podemos optimizar nuestros recursos y enfocar nuestros esfuerzos en áreas críticas. Aquí, el AMEF es una herramienta efectiva para identificar y evaluar los riesgos, pues permite tomar decisiones informadas y acciones preventivas o correctivas adecuadas. Cuando no es posible sensorizar todo tu proceso, al menos te aseguras de llevar un control de los elementos más críticos, los riesgos.
La sensorización nos brinda la capacidad de monitorear en tiempo real, y es útil para realizar mantenimiento predictivo y optimizar nuestros procesos. Esto resulta en una mayor eficiencia, calidad y rentabilidad en tu compañía. Al implementar la sensorización junto a sistemas de retroalimentación y control basados en los datos recopilados, como el monitoreo estadístico de procesos, podemos prevenir y detectar fallas de manera temprana, y así mejorar la confiabilidad de nuestros procesos.
La sensorización estratégica no solo se basa en la implementación de sensores. También es la correcta identificación y priorización de los riesgos asociados a nuestro proceso. El AMEF nos proporciona un enfoque sistemático y estructurado para realizar este análisis de riesgos. Y lo mejor de todo, ¡es probable que ya lo estés usando en tu empresa!
