Digitalización de los Sectores Productivos PDF

UNIDAD 1 Digitalización de los sectores productivos © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Contenidos 1.1. Cronología de las revoluciones industriales. Principales elementos 1.2. Cuarta revolución. Digitalizac...

UNIDAD 1 Digitalización de los sectores productivos © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Contenidos 1.1. Cronología de las revoluciones industriales. Principales elementos 1.2. Cuarta revolución. Digitalización. Elementos que la definen 1.3. Sistemas ciberfísicos 1.4. Estructura de la empresa 1.5. Convergencia entre entornos OT e IT 1.6. Ventajas de digitalizar una empresa industrial de extremo a extremo Resultados de aprendizaje (RA) y criterios de evaluación (CE) © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.1. Cronología de las revoluciones industriales. Principales elementos La revolución industrial es un proceso de transformaciones sociales, económicas, culturales y tecnológicas. Los cambios tecnológicos fueron muy importantes para el desarrollo económico y social posterior. Uso de materiales nuevos. Cambios económicos Nuevas fuentes de energía. trascendentales de Invención de nuevas máquinas. la Revolución Industrial El sistema fabril como organización del trabajo. Avance en el transporte y las comunicaciones. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Mejora de la agricultura. La agricultura pierde protagonismo como principal fuente de riqueza. Nace el comercio internacional a partir de la producción industrial. Desarrollos no industriales Modificación del poder económico a partir de los cambios políticos. Cambios sociales radicales con la migración a la ciudad y movimientos de la clase trabajadora. Nuevas habilidades de los trabajadores para trabajar en fábricas. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.1. Etapas de la Revolución Industrial. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.2. La Revolución Industrial británica utilizaba a niños como mano de obra en las fábricas. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.1.1. Primera revolución industrial Se produjo en Inglaterra entre 1780 y 1840 y se conoce como industria 1.0. Se caracterizó por la llegada de la máquina de vapor, la energía hidráulica y la mecanización. Al principio, agudizó la pobreza de los trabajadores, quienes no tenían seguridad ni protecciones o regulaciones laborales. Sin embargo, también surgieron ideas que permitieron viajes más rápidos, Figura 1.3. Durante la primera revolución industrial muchos adultos y niños trabajaban sin cesar en minas mejor comunicación y más de carbón, de donde se extraía la materia prima que comodidades materiales para las hacía funcionar la industria y el transporte durante el personas. siglo XVIII. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Se pasó de un modelo económico basado en la agricultura a uno basado en la industria. Figura 1.4. Máquina de vapor inventada por James Watt. Fue un invento innovador que cambió la manera en la que la sociedad vivía. Una de sus aplicaciones fue en el transporte; se empleó en locomotoras, barcos de vapor y algunos vehículos que trasladaban las materias primas tanto por tierra como por mar. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.1.2. Segunda revolución industrial Se conoce como industria 2.0 e inicia en 1870 con la introducción de la electricidad y del petróleo como fuente energética para la producción masiva. Inglaterra se posiciona como primera potencia mundial junto a EE. UU. y Alemania por sus avances científico-técnicos. Características principales de la industria 2.0 Expansión geográfica. Producción en serie en las fábricas. Desarrollo del transporte con el desarrollo del ferrocarril, las embarcaciones y la invención del automóvil y el avión. Nuevos materiales, incluyendo productos sintéticos, y nuevas fuentes de energía. Grandes avances en las telecomunicaciones. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.5. Segunda revolución industrial. Operarios trabajando en cadena. Se aprecia la producción masiva de motores para automóviles en el siglo XIX. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Expansión del ferrocarril para el movimiento de personas y mercancías y la invención del Desarrollo del tranvía eléctrico. transporte Construcción de barcos con acero y la invención de la turbina de vapor que permitía mayor velocidad a menor costo. Figura 1.6. El primer tranvía eléctrico en España favoreció el reemplazo del transporte urbano de tracción. (Fuente: www.ciudadesdelfuturo.es). © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Petróleo: la perforación de pozos se extendió por todo el mundo. Nuevas fuentes de energía Electricidad: transforma la vida en la fábrica y en las ciudades. Hace posible otros inventos importantes. Figura 1.7. Thomas Alva Edison inventó el fonógrafo, el primer aparato que reproducía y grababa sonidos. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Acero Aluminio Nuevos Zinc materiales Níquel y cromo Caucho vulcanizado Plásticos Progreso de la ciencia y la química Durante la segunda revolución industrial se dan grandes avances para el control de enfermedades con el desarrollo de vacunas, antibióticos y la creación de la pasteurización. También trajo consigo el desarrollo de fertilizantes para la agricultura y explosivos que hicieron posible el armamento nuclear. © Ediciones Paraninfo UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.8. La aspirina resultaba una solución efectiva para el dolor de cabeza y la fiebre. La sociedad de la época estaba fascinada por sus propiedades. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.1.3. Tercera revolución industrial Se produjo en la década del 70 y se conoce como industria 3.0 o era de la información. Se da paso a la automatización, las tecnologías de la información y comunicación (TIC), la introducción a sistemas electrónicos y nace la informática para luego expandirse el uso de ordenadores, y más adelante, el Internet. Se inicia la descarbonización de las materias primas en los medios de transporte con el uso de energías renovables. Figura 1.9. El uso de una red de telefonía, internet, como medio de comunicación e interconexión entre países. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Se desarrolla la biotecnología para la producción alimenticio y farmacéutica; y la ingeniería energética para el desarrollo de nuevas fuentes de energía. La electricidad pasa a ser obtenida de energías no renovables para generarse desde fuentes naturales inagotables. Figura 1.10. Molinos de viento y paneles solares son parte del desarrollo de la tercera revolución industrial. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.1.4. Cuarta revolución industrial La industria 4.0 o 4IR inicia en el 2011 y es impulsada por el aumento de los datos, la conectividad y las mejoras en la robótica. La producción automatizada e interconectada se basa en el uso de sistemas físicos cibernéticos o CPS. Figura 1.11. El control de la producción en una industria mediante el uso de una Tablet es una actividad de rutina en las factorías actuales. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos ¿Qué es exactamente la cuarta revolución industrial? Conectividad, datos y potencia computacional: tecnología en la nube, Internet, blockchain y sensores. Tipos fundamentales Análisis e inteligencia: aprendizaje automático de tecnologías e inteligencia artificial. disruptivas producidas en la industria 4.0 Realidad virtual y realidad aumentada, robótica y automatización y vehículos guiados autónomos. Ingeniería avanzada: fabricación aditiva, energía renovable, nanopartículas. La recapacitación en tecnologías es un gran desafío para las empresas más tradicionales por el cambio de parámetros que implica. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Productos y servicios más fácilmente Ventajas que ofrece la accesibles y transmisibles para las empresas. cuarta revolución industrial Cadenas de suministro más eficientes. Reducción del desperdicio en fábricas. La pandemia aceleró la transición a la 4AI al forzar a las empresas a adoptar la digitalización y las operaciones sin contacto. Digitalización de la industria 4.0 y oportunidades para la sostenibilidad La cuarta revolución industrial impulsa avances más sostenibles y facilita un tipo de coeficiencia que combina la sostenibilidad y la excelencia competitiva. Dimensiones de la tecnología digital en la ecoeficiencia Permite acciones basadas en datos en la producción y cadena de valor. Supone mejoras en costos, agilidad y calidad. Limita el consumo, las emisiones y el desperdicio de recursos. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Medioambiental Áreas de acción de Social las tecnologías 4IR Gobernanza Figura 1.12. Concepto de transformación digital inteligente y disrupción tecnológica. Esto cambiará de forma radical las tendencias globales en la nueva era de la información. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Impacto de la industria 4.0 en la economía La industria 4.0 impactará de forma significativa la economía, beneficiando a aquellas empresas que actúen más rápido. También transformará las habilidades de la fuerza laboral, aumentando la demanda de habilidades tecnológicas, cognitivas complejas y habilidades sociales y emocionales de alto nivel. Figura 1.13. Las 20 habilidades blandas más demandadas en la empresa. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Manufactura Industrias que están siendo más transformadas por la Transporte cuarta revolución industrial 4.0 Comercio minorista Todas las industrias se transformarán durante la industria 4.0. ¿Se ha producido la quinta revolución industrial? La quinta revolución industrial o industria 5.0 está en proceso y se considera una fusión entre el ser humano y la máquina. En esta etapa se trata de compatibilizar los beneficios y el progreso de la empresa con la sostenibilidad, el cuidado ambiental y el respeto por los derechos humanos. Figura 1.14. La industria 5.0 está centrada en el ser humano, en el cuidado del medioambiente y en los beneficios sociales. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.2. Cuarta revolución. Digitalización. Elementos que la definen La digitalización es el proceso de cambiar los estados de los elementos de analógicos a digitales. Este cambio permite tener acceso real a todos los datos de la compañía desde cualquier lugar y dispositivo dependiendo de la gestión de las cuentas de usuarios. La robótica, el IoT, las impresoras 3D, los vehículos autónomos y la inteligencia artificial se encuentran cada vez más presentes en el día a día. 1.2.1. Transformación de las organizaciones en la cuarta revolución industrial Lo característico de la industria 4.0 es la computación en la nube porque: Ha impulsado la transformación digital en todos los sectores económicos y sociales. Rompe las barreras geográficas. Permite un almacenamiento seguro de datos. Permite ofrecer mejores experiencias a sus clientes. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.15. Empresario extrayendo los valores anuales de su compañía empleando un teléfono móvil con realidad aumentada. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.3. Sistemas ciberfísicos Los sistemas ciberfísicos (CPS) combinan hardware, software y redes para interactuar y controlar el mundo físico a través de la recolección de datos. Los dispositivos utilizan sensores y actuadores inteligentes para recoger los datos que permiten automatizar y tomar decisiones en tiempo real. Figura 1.16. Industria interconectada por elementos inteligentes, sensores y actuadores. Toda la industria está ciberconectada y almacena la información en la nube. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Usos de los sistemas ciberfísicos Robots industriales colaborativos. Sistemas de control de edificios inteligentes. Vehículos autónomos y sin piloto (AVG). Monitoreo en tiempo real de la salud de pacientes. Mapeo de la actividad del cerebro mediante una interfaz en el rubro de la neurociencia de precisión. Dispositivos que ofrecen transporte público integrado y sistemas de tráfico vial seguros y eficientes. Asegurar suministros de alimentos rentables y rastreables. Brindar edificios seguros y energéticamente optimizados. Producir energía confiable y sustentable. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Requerirán mayor integración de modelos de hardware y software con Desafíos del diseño modelos del comportamiento humano. de los CPS Se vuelve complejo diseñar comportamientos transversales. 1.3.1. Aplicaciones de los sistemas ciberfísicos Ciberseguridad: se traduce en aprovechar sistemas de comunicación cifrados, monitorear redes y dispositivos de forma instantánea para hacer frente a las ciberamenazas. Militar: sistemas autónomos de vigilancia, mejora en las comunicaciones y la recopilación de datos en tiempo real aumenta la eficacia de operaciones militares. Agricultura: se utilizan drones, sistemas de riego inteligentes y robots agrícolas. Aeroespacial: los sistemas de control utilizan los datos para incrementar la seguridad, mejorar la estabilidad del vuelo y reducir la carga de los pilotos. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.3.2. Advertencias sobre seguridad ciberfísica Los sistemas ciberfísicos aún están en sus primeras etapas y el gran reto que enfrentan se refiere a la privacidad y protección de los datos. 1.4. Estructura de la empresa La estructura de la empresa está compuesta por unidades organizativas agrupadas jerárquicamente. Las unidades organizativas son dinámicas y se representan a través de un organigrama. Un departamento es una unidad organizativa que se agrupa según las funciones de las que se ocupa. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.17. Organigrama. Unidades organizativas. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.4.1. Digitalización de las unidades En el proceso de digitalización, la jerarquía de las unidades organizativas se administra informáticamente a través de la creación de directorios para cada unidad que contiene los permisos, recursos, materiales y los perfiles que pueden tener acceso. El acceso al sistema de un trabajador ha pasado del uso de credenciales (correo y contraseña) a un sistema de Figura 1.18. Parte de la digitalización es la doble verificación. ciberseguridad empleada en los entornos; por ejemplo, el acceso mediante doble chequeo de verificación con usuario y contraseña y además la necesidad de un código pin. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.5. Convergencia entre entornos OT e IT Tecnología operativa (OT): se refiere al hardware y software que controlan procesos físicos. Su enfoque principal es la protección de las personas. Garantiza que los procesos industriales sean óptimos, confiables, eficientes y seguros. Componentes de Valora la capacidad de respuesta en tiempo real. la convergencia Con la llegada de la industria 4.0, estos equipos OT/IT pueden ser manipulados desde el exterior. Tecnología de la información (IT): Operan en el ámbito digital y está más enfocada a la gestión de sistemas informáticos, redes y software. Se encarga del almacenamiento, recuperación, procesamiento, comunicación y gestión de datos. Apoyan las operaciones comerciales, las funciones administrativas y los procesos de toma de decisiones. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos La convergencia entre los datos de los sistemas OT e IT consigue que las organizaciones: Reduzcan gastos en hardware y software. Mejoren la eficiencia de procesos. Automaticen y digitalicen algunos de sus procesos. Tengan una trazabilidad mayor en la fabricación del producto. Figura 1.19. Convergencia entre tecnología de la información y tecnología operativa. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos La constante transmisión de datos requiere atención para proteger la información, siendo más grave la vulneración a los sistemas OT. Figura 1.20. Firewall de red. El firewall es un elemento que permite, mediante la definición de unas reglas, el permiso y la prohibición de rutas de acceso a las redes en los equipos de una organización. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.21. Cuarto de telecomunicaciones en un Figura 1.22. Ingeniero monitorizando y entorno IT. Estos cuartos recogen en armarios controlando unos sistemas inteligentes rack el cableado y la electrónica de la red de una robotizados en un entorno OT. En la figura se organización. observa el uso del casco por el personal en entornos OT como principal elemento visual que difiere del personal en IT. Los equipos de IT son más sensibles a los cambios de temperatura y humedad que los de OT. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.5.1. Beneficios de la convergencia IT/OT Facilita el intercambio de datos y fomenta un flujo de información entre el mundo digital y físico: influye en la toma de decisiones porque permite tener una visión integral de la organización y dar respuestas más ágiles. Mayor eficacia en la operatividad: las organizaciones pueden optimizar procesos y prever fallos de equipos. Riesgos de seguridad. Desafíos en la convergencia Obstáculos tecnológicos IT/OT Capacidad del elemento humano Riesgos de seguridad Si la red de dispositivos no está protegida adecuadamente, se generan vulnerabilidades permanentes en ambos sistemas. La convergencia IT/OT fortalece las medidas de ciberseguridad para garantizar la integridad y continuidad de las operaciones. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.6. Ventajas de digitalizar una empresa industrial de extremo a extremo La digitalización de una empresa industrial de extremo a extremo consiste en implementar tecnologías digitales en todas o algunas de sus operaciones. Figura 1.23. En la era de la digitalización, estas son las ventajas fundamentales de la digitalización de una organización. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos Figura 1.24. Un SCADA se emplea principalmente en los entornos OT. Se ocupa de controlar la supervisión y adquisición de datos en la industria y está formado por sistemas de supervisión, bases de datos, pantallas (HMI), RTU/PLC y sensores y actuadores, todos ellos comunicados mediante una red de datos. (Fuente: www.nunsys.com/scada). © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.6.1. Tecnologías implicadas en la digitalización industrial La elección de las formas para digitalizar una empresa o industria dependen del sector y de las características del negocio. Robótica: automatiza tareas. IoT: capta información de interés y la envía al sistema para que la procese. Inteligencia artificial: analizar datos usando Tecnologías presentes en los procesos de algoritmos. digitalización Ciberseguridad: almacena, gestiona y analiza datos en la nube. Visión por computadora: captura imágenes para revisar procesos. Fabricación aditiva: crea piezas complejas en menos tiempo y con menos recursos. © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.6.2. Tecnologías implicadas en la digitalización industrial Tabla 1.1. Diferencias entre edge computing y cloud computing © Ediciones Paraninfo  UNIDAD 1. Digitalización de los sectores productivos 1.6.3. Empresas sostenibles. La tecnología y los ODS Las TIC son fundamentales para cumplir con los ODS, especialmente: ODS 13: lucha contra el cambio climático que se logra al digitalizar los procesos industriales lo que conlleva a reducir las emisiones de carbono. ODS 9: se refiere a la industrialización e infraestructura sostenible e inclusiva. ODS 4: impulsa una educación de calidad con oportunidades de aprendizaje y formación permanentes. Tecnología verde Se refiere al abandono del uso tradicional de recursos para construir infraestructuras IT alternativas y sostenibles. La tecnología verde reduce la adquisición de nuevos recursos, reutilizando equipos en trabajos menos exigentes u optando por un reciclaje responsable. © Ediciones Paraninfo