Los defensores apoyan la tecnología inalámbrica 4.9G como un trampolín hacia 5G para potenciar las nuevas aplicaciones de la Industria 4.0, desde cobots hasta mantenimiento predictivo con realidad aumentada.
jul 23, 2020
Por Beth Stackpole
Sin embargo, con la estandarización 5G aún en curso y el despliegue de casos de uso industrial solo en las primeras etapas piloto, los expertos dicen que los fabricantes no deberían quedarse esperando que las tecnologías 5G y los productos compatibles se unan en un ecosistema a gran escala. Por el contrario, aconsejan a los fabricantes que avancen en el mapeo de nuevas estrategias de comunicaciones inalámbricas, casos de uso y planes de implementación basados en la última variación de la tecnología 4.9G / LTE, que afirman que puede ofrecer muchas de estas nuevas aplicaciones industriales mientras proporcionan ruta más directa a la implementación completa de 5G.
"Para que 5G sea factible para los fabricantes y otros segmentos de la industria, se esperarían más de cinco años", dice Stephane Daeuble, jefe de marketing de soluciones empresariales en Nokia, que vende redes inalámbricas privadas al sector manufacturero. "La solución 4.9G / LTE que existe hoy, cuando se implementa como una red privada, aborda el 85% de lo que se requiere para aplicaciones industriales".
¿Por qué inalámbrico, por qué ahora?
La red industrial tradicional, construida sobre tecnologías cableadas, equipos heredados y protocolos de red patentados, no está bien equipada para aplicaciones IIoT, que requieren redes robustas, adaptables y flexibles. Si bien los fabricantes han estado experimentando con tecnologías inalámbricas como Wi-Fi, Bluetooth y Zigbee durante años, las implementaciones se han visto obstaculizadas por problemas de confiabilidad y seguridad, así como por limitaciones relacionadas con el número de dispositivos compatibles y el rango de comunicaciones.
"Hemos tenido bastantes oportunidades para reemplazar cables en los últimos 10 a 20 años, pero el problema era que la tecnología existente tenía inconvenientes con la robustez de la transmisión, el comportamiento en tiempo real o las tasas de datos", señala el Dr. Gunther May, jefe de tecnología e innovación para la unidad de negocios de automatización y electrificación de Bosch Rexroth AG.
En contraste, 5G, con su promesa de altas velocidades de datos (1-20 Gbits), baja latencia (1 ms) y escalabilidad para acomodar sensores y dispositivos de escala masiva, aborda las deficiencias pasadas de confiabilidad y determinismo de la tecnología inalámbrica para aplicaciones industriales. 5G también promete ofrecer comunicaciones de baja latencia, alta confiabilidad y seguridad a un costo menor que las tecnologías de la competencia, al tiempo que brinda flexibilidad para acomodar la reconfiguración de la producción en fábrica y los cambios de diseño que están inextricablemente vinculados al advenimiento de la fabricación de IIoT e Industria 4.0. "La latencia, el ancho de banda y la confiabilidad de la red de 5G: esas tres superpotencias crean una red troncal digital industrial que te permite atreverte a usar la tecnología inalámbrica", dice Dauble.
Ese mensaje apenas comienza a resonar entre los fabricantes, según una nueva encuesta realizada por Nokia y ABI Research. Si bien la mayoría (86%) de las conexiones globales de fábrica fueron de línea fija en 2019, se espera que ese número caiga al 40% en 2025 y al 14% en 2030, según la investigación. De hecho, casi las tres cuartas partes (74%) de los encuestados planean actualizar sus redes de comunicaciones y control en los próximos dos años para avanzar en la transformación digital y las aplicaciones de la Industria 4.0. La mayor parte de los encuestados (90%) está investigando el uso de 4G / 5G para sus operaciones, y el 84% de los que consideran las tecnologías desplegarán sus propias redes inalámbricas privadas como parte de las operaciones de fabricación, según los resultados de la encuesta.
Los fabricantes buscan inversiones 4G / 5G por una variedad de razones, según la investigación de Nokia / ABI, incluida la necesidad de digitalizar y mejorar la infraestructura existente (63%), automatizar con robótica (51%) y lograr nuevos niveles de empleados productividad (42%). La tecnología de la información tiene como objetivo actualizar la columna vertebral de las comunicaciones para reducir el tiempo de inactividad y mejorar la eficiencia y la seguridad de las operaciones, mientras que la tecnología de las operaciones está a bordo debido al deseo de reemplazar la infraestructura obsoleta, mejorar la eficiencia y aumentar la capacidad, según la encuesta.
"Estas tendencias han creado una tormenta perfecta para cortar cables y permitir la producción totalmente flexible del futuro en una fábrica", dice Erik Josefsson, jefe global de industrias avanzadas para Ericsson. Josefsson defiende la implementación de 4.9G hoy porque sostiene que proporciona un camino claro hacia la tecnología inalámbrica a prueba de futuro. "Los fabricantes no pueden permitirse el lujo de invertir en grandes infraestructuras y luego quedarse con una capacidad de bajo rendimiento", explica. "Necesitan [tecnología de red] que sea confiable, estable y segura".
Los robots móviles, los AGV, los dispositivos conectados y los gemelos digitales, respaldados por redes inalámbricas privadas 5G, son la base de las fábricas de próxima generación como el sitio Oulu de Nokia.Imagen cortesía de Nokia.5G en el trabajo
Ericsson cree que la ruta de red de 4.9G a 5G permitirá cuatro tipos de casos de uso de IIoT. El primero es un caso de uso masivo de Internet de las cosas (IoT) que emplea tecnología celular para conectar dispositivos a escala para mantenimiento predictivo y otras aplicaciones. Ericsson, en colaboración con China Mobile, está probando este caso de uso en su propia fábrica de Nanjing, donde las redes IoT celulares y los algoritmos de aprendizaje automático basados en la nube monitorean automáticamente aproximadamente 1,000 destornilladores conectados de alta precisión para un mejor seguimiento del uso de herramientas, lo que ayuda en el mantenimiento predictivo. La fábrica de Ericsson en Estonia está probando un segundo caso de uso, IoT de banda ancha, para aprovechar AR para la resolución de problemas simplificada de tableros electrónicos, intercambiando engorrosas instrucciones de trabajo en papel con un entorno visual manos libres que facilita el intercambio de información justo-a-tiempo. Ambos casos de uso son posibles hoy en día con las tecnologías 4.9G, afirma Josefsson.
Las versiones posteriores de 5G permitirán la próxima ronda de casos de uso, que implican comunicaciones críticas para permitir que los cobots trabajen codo a codo con los humanos y, potencialmente, la automatización completa de la fábrica. En una serie de proyectos piloto en curso, Ericsson y Audi están probando tales casos de uso, incluida la operación segura de AGV en una red 5G y 5G URLLC, que ofrece baja latencia y garantiza la capacidad de activar paradas de seguridad en un sistema, un hito requerido para apoyar la interacción segura entre humanos y robots que anteriormente solo era posible en una red cableada. Ericsson también está detrás del proyecto 5G Enabled Manufacturing (5GEM), una colaboración con el fabricante de rodamientos SKF y Chalmers University of Technology para usar redes 5G para recopilar y analizar datos en tiempo real para facilitar la personalización del producto y optimizar la producción.
El uso más extendido de AGV en las fábricas es otro caso de uso de alto valor habilitado por las redes industriales 5G que pueden ayudar en la personalización del producto, según May. Si bien la mayoría de las fábricas industriales dependen de cintas transportadoras y líneas de producción lineales, el creciente apetito de los consumidores por productos más personalizados aumenta la necesidad de una capacidad de fabricación más flexible, reforzada por el uso de AGV, que se apoyará en la inteligencia basada en la nube para entregar materiales y componentes donde se necesitan.
"En las nuevas áreas de producción, ya no tienes cintas transportadoras lineales", dice May. En cambio, existe la necesidad de islas de producción, en donde los productos de trabajo en progreso sean transportados a diferentes estaciones para completar el siguiente paso en el proceso. "Este producto, con esta opción en particular, se conduce a una determinada estación, mientras que un producto diferente con una opción diferente se conduce a otra", explica. "Esto aumenta la demanda de AGV y, a su vez, realmente aumenta el uso de la tecnología inalámbrica".
La interactividad de máquina a máquina y los sistemas de circuito cerrado que pueden operar dentro de un segmento designado de una red 5G, una capacidad clave que permite asignar rutas de comunicación para aplicaciones específicas, son otros casos de uso principales habilitados por 5G, dice May. "Hay máquinas, como las de impresión, donde ciertas partes del proceso necesitan sincronizarse perfectamente", explica. "Cuando desea evitar el cableado, necesita un buen comportamiento en tiempo real".
La fábrica del futuro habilitada para 5G de Ericsson comienza hoy con aplicaciones masivas de IoT y Realidad Aumentada habilitadas para 4.9G.Imagen cortesía de Ericsson.Observando el panorama completo
Existe un gran potencial para 5G en aplicaciones industriales, pero primero deben superarse desafíos importantes. Según una encuesta de Ericsson sobre el impacto de 5G en la industria, la seguridad y la privacidad de los datos es una barrera superior para la adopción, citada por el 79% de los encuestados, seguida de preocupaciones por la falta de estándares (76%) y los desafíos de la implementación de extremo a extremo (69%).
Para agravar el problema está el hecho de que la actualización no será fácil ni económica. Los fabricantes tendrán que actualizar todo tipo de equipos heredados con nuevos sensores y módems celulares 5G, además de asociarse con operadores 5G u obtener licencias de espectro de radio, para construir sus propias redes privadas 5G. Según The Wall Street Journal, este último parece ser la preferencia de varios grandes fabricantes alemanes, incluidos BMW, Bosch, Volkswagen, BASF y Deutsche Lufthansa; pero es una opción que aún no está disponible para empresas estadounidenses.
También está la cuestión de ir más allá de los pilotos aspiracionales a los casos de uso del mundo real: una progresión complicada por un proceso de estándares de lento movimiento, así como el escenario habitual del huevo o la gallina, en el que las empresas dudan en invertir antes de tener una idea clara de posibles casos de uso.
"Cuando miras hacia atrás a 4G, nadie pensaba en transmitir música o Netflix en los teléfonos celulares hasta que se implementó la tecnología y la gente realmente comenzó a usarla", dice Paul McClusky, gerente de mercado vertical para telecomunicaciones / centros de datos en Phoenix Contact. “Mucho de lo que la gente habla hoy con 5G es especulación. No creo que sepamos cuáles serán los verdaderos casos de uso hasta que la tecnología esté disponible por un par de años y la gente empiece a jugar con ella".
Alternativamente, como compañías como Nokia y Ericsson defienden 4.9G como un trampolín para la implementación completa de 5G, aconsejan a los fabricantes que se centren en la ventaja estratégica a largo plazo y que no se vean obstaculizados por un enfoque de retorno de la inversión a corto plazo. "Los fabricantes que están a la vanguardia ven a 4G y 5G como una ventaja estratégica, no solo en caso de uso que justificará la implementación de una red", explica Daeuble. "Debe analizar los casos de uso colectivamente y no necesariamente conectar todas las máquinas y activos desde el principio".
