Las ‘lights-out factories’ -plantas de producción diseñadas para funcionar con una intervención humana mínima- se están convirtiendo en una prioridad estratégica en la industria manufacturera. En su forma más avanzada, automatizan actividades que van desde la planificación y programación de la producción, hasta la gestión de materiales, la producción y el control de calidad. Este nivel de automatización permite a las empresas mantener su competitividad incluso en países con costes altos. Roland Berger aborda este desafío en el informe ‘The lights-out factory’.
La escasez de mano de obra y el aumento de los costes han impulsado la automatización hasta convertirla en una prioridad estratégica en el sector manufacturero. Es alentador que los importantes avances de los últimos años, a menudo propiciados por la inteligencia artificial (IA), ya hayan abierto la puerta a operaciones totalmente automatizadas en áreas y periodos de tiempo específicos. Los principales fabricantes ya están implementando turnos nocturnos o de fin de semana completamente automatizados en determinadas áreas de sus operaciones.
Pese a estos avances, la autonomía total sigue siendo un objetivo a largo plazo. Persisten desafíos clave, especialmente en el montaje, donde la variabilidad de los productos y el manejo de componentes flexibles continúan limitando la automatización. Existen limitaciones similares en las funciones administrativas, donde la fragmentación de los sistemas y la mala calidad de los datos aún restringen el progreso. En ninguna de estas áreas es probable que se produzca un avance a corto plazo que subsane estas brechas.
Por lo tanto, los fabricantes deben avanzar mediante un conjunto específico de palancas estratégicas. La primera es la estabilización de procesos, la base para operaciones fiables y sin supervisión. La fabricación autónoma depende de procesos estables y bien controlados, respaldados por la mejora continua y casos de uso selectivos de IA, como el mantenimiento predictivo y la optimización de parámetros. La segunda palanca es cerrar las brechas del sistema. Para ampliar la automatización en las funciones administrativas y de soporte, las empresas deben mejorar la integración del sistema y la calidad de los datos, centrándose en las áreas con mayor rentabilidad operativa. La tercera palanca es el diseño para la automatización. Los requisitos de automatización deben incorporarse desde las primeras etapas del diseño del producto y del proceso para reducir las etapas difíciles de automatizar, especialmente en las operaciones de montaje y manipulación.
Abordando estos factores clave de manera sistemática, los fabricantes pueden ampliar gradualmente las capacidades de automatización, lo que les permitirá aumentar la productividad y prepararse para un futuro más autónomo.
¿Qué factores impulsan la transición hacia las fábricas totalmente automatizadas?
Las ‘lights-out factories’ -plantas de producción diseñadas para funcionar con una intervención humana mínima, llamadas así porque los robots pueden operar en la oscuridad sin la presencia permanente de personal en la planta- se están convirtiendo en una prioridad estratégica en la industria manufacturera. En su forma más avanzada, automatizan actividades que van desde la planificación y programación de la producción, hasta la gestión de materiales, la producción y el control de calidad. Este nivel de automatización permite a las empresas mantener su competitividad incluso en países con costes altos y maximizar la utilización de equipos de gran inversión mediante operaciones ininterrumpidas. Además, les permite ubicar a los trabajadores donde aportan mayor valor.
Sin embargo, el funcionamiento totalmente automatizado sin intervención humana (lights-out operation) sigue siendo un estado ideal final, y muchos fabricantes están avanzando hacia él mediante etapas de transición graduales. Estas incluyen automatizar determinadas secciones de la planta o introducir turnos autónomos nocturnos o de fin de semana mientras se trasladan las actividades manuales al horario diurno.
Este cambio de mentalidad refleja una transformación más amplia en el debate laboral. Históricamente, las fábricas automatizadas se enfrentaban a la resistencia de los sindicatos, que temían la pérdida de empleos a causa de la automatización. Hoy en día, la presión dominante es diferente: a los fabricantes les resulta cada vez más difícil encontrar mano de obra en muchas economías industrializadas. Por lo tanto, la automatización se está volviendo esencial no solo para mantener las operaciones, sino también para evitar la deslocalización de la capacidad productiva a regiones con mayor abundancia de mano de obra. Si bien los ciclos económicos pueden atenuar esta tendencia a corto plazo, el cambio demográfico intensificará esta presión a largo plazo: se prevé que la fuerza laboral europea se reduzca un 18% para 2050, mientras que se espera que la población en edad de trabajar en China disminuya un 24% durante el mismo periodo.
Al mismo tiempo, la automatización se está volviendo más viable. Los precios de los robots han caído más de un 50% desde 1990, lo que hace que la automatización sea más asequible para los fabricantes. Los avances en IA, especialmente en visión artificial, han permitido automatizar tareas como la inspección de calidad y la selección de objetos en más configuraciones. El ecosistema de automatización también ha crecido rápidamente, a medida que las startups y los hiperescaladores se han sumado a los proveedores establecidos con una serie cada vez mayor de soluciones listas para usar.
Como resultado, el interés por las fábricas totalmente automatizadas ha aumentado considerablemente entre los responsables de la toma de decisiones. Recientemente, un fabricante alemán de motores aeronáuticos puso en marcha un proceso de producción de álabes totalmente automatizado, capaz de operar de forma autónoma hasta 66 h una vez cargado con herramientas y piezas. Del mismo modo, un fabricante chino de teléfonos móviles opera una planta de producción de 81.000 m² prácticamente autónoma en el distrito de Changping, en Pekín (China), con 11 líneas de producción para el ensamblaje de la parte frontal de los teléfonos y una producción anual estimada de 10 millones de teléfonos, con una automatización del 100% de los procesos clave. El creciente interés por la automatización también se refleja en el mercado de la automatización industrial, que ha crecido aproximadamente un 6% anual desde 2015 y se espera que continúe expandiéndose un 7% cada año.
Para comprender el estado actual de la industria y la consiguiente necesidad de actuar, Roland Berger habló con fabricantes líderes de diferentes sectores, así como con proveedores de soluciones de automatización y software, y presenta las conclusiones sobre fabricación autónoma recopiladas a través de la investigación, desde los logros y obstáculos actuales, hasta los pilares estratégicos y las recomendaciones para los diferentes modelos de fabricación.
¿Cuánto ha avanzado la industria y qué dificultades persisten?
Aunque una fábrica completamente oscura (sin intervención humana) sigue siendo una visión de futuro, muchos procesos ya pueden funcionar de forma autónoma hoy en día con el diseño de procesos adecuado. Esto permite que partes de la fábrica operen de manera automática y habilita turnos ‘oscuros’ como noches y fines de semana autónomos. Estas automatizaciones mejoran la eficiencia de la producción y permiten una producción continua sin supervisión humana constante en las operaciones principales de la fábrica.
Procesos de soporte
Si bien la automatización se ha centrado históricamente en los procesos de producción directos, las funciones indirectas -como la ingeniería industrial, la preparación del trabajo y el mantenimiento- representan una parte significativa de la mano de obra, y su importancia aumenta a medida que se expande la automatización en la planta de producción.
Durante mucho tiempo, muchas de estas actividades de soporte se han apoyado en herramientas digitales consolidadas. En los últimos años, en estos sistemas se han integrado capacidades de IA, lo que ha posibilitado mejoras como la optimización de la programación de la producción bajo restricciones complejas y el mantenimiento predictivo, además de facilitar la resolución de problemas con ayuda de la IA. Sin embargo, pese a este progreso tecnológico, muchos fabricantes siguen dependiendo de procesos manuales en gran medida.
Esto se debe principalmente a dos retos sistémicos. En primer lugar, la preparación del trabajo depende de datos de diversos sistemas desconectados: información de pedidos de Enterprise Resource Planning (ERP), listas de materiales de sistemas de Product Lifecycle Management (PLM) y datos de producción de Manufacturing Execution Systems (MES). Estos sistemas suelen estar mal integrados, lo que genera inconsistencias en los datos y requiere conciliación manual. Muchas empresas también operan con entornos de TI fragmentados, desarrollados a lo largo del tiempo, que dependen de herramientas heredadas y soluciones alternativas personalizadas que dificultan aún más el intercambio fluido de datos. En segundo lugar, incluso los procesos bien automatizados se ven interrumpidos frecuentemente por eventos imprevistos, como cambios en los requerimientos de los clientes o retrasos en la cadena de suministro, así como averías en los equipos. Estas situaciones suelen requerir intervención manual y la anulación de flujos de trabajo automatizados, lo que limita la eficacia de la automatización de las funciones de soporte.
Se ha promovido como solución el concepto de ‘hilo digital’, un flujo continuo de datos entre sistemas y funciones; por ejemplo, desde el diseño CAD hasta las instrucciones de trabajo. Sin embargo, la mayoría de los proveedores optimizan los procesos principalmente dentro de sus propios ecosistemas y ofrecen una interoperabilidad limitada entre ellos. Si bien los recientes avances en IA, en particular los grandes modelos de lenguaje, ofrecen potencial para superar las brechas entre modelos de datos y API, pocos actores abordan de manera activa este problema desde una perspectiva transversal entre ecosistemas. Los proveedores de Robotic Process Automation (RPA) están más cerca de brindar soporte a la integración transversal entre ecosistemas; sin embargo, incluso con sus herramientas, el esfuerzo solo se puede reducir de manera marginal.
Como resultado, la integración tradicional de sistemas y una gestión sólida de datos maestros seguirán siendo requisitos esenciales para escalar la automatización en las funciones administrativas y los procesos de soporte en el futuro previsible.
Logística
La automatización ha sido ampliamente adoptada en la logística durante décadas. Los primeros sistemas automatizados de almacenamiento se complementaron posteriormente con vehículos de guiados automático (AGV) para el transporte interno de materiales. Los recientes avances en visión artificial y detección de objetos mediante IA han posibilitado el uso de robots móviles autónomos (AMR), que ya no dependen de sistemas de guiado fijos como marcadores o raíles. Esto aumenta la flexibilidad operativa de manera significativa y posibilita su implementación en instalaciones existentes y entornos mixtos. Al mismo tiempo, la reducción de los costes de hardware y el aumento de la fiabilidad han impulsado una mayor adopción. Los kits de retrofitting para carretillas elevadoras convencionales combinan la escalabilidad y el menor coste de los sistemas tradicionales con capacidades autónomas.
En la automatización de la logística, persisten dos grandes desafíos: la carga y descarga de camiones, así como las tareas de manipulación, como el embalado, el desembalado, la paletización y el kitting. Aunque la gestión de estas operaciones hace frente a obstáculos similares a los de las tareas de montaje, las empresas de sectores de alto volumen, como la de alimentos y bebidas, ya están probando soluciones personalizadas para la descarga autónoma de camiones. Entre los principales beneficios, se encuentran la reducción de la necesidad de mano de obra, la reducción del riesgo de accidentes entre peatones y carretillas elevadoras, y unos tiempos de operación más rápidos, consistentes y predecibles.
Fabricación de componentes
Si bien procesos como el mecanizado o la deformación se han automatizado desde hace muchos años, el potencial de la automatización de la configuración y los cambios en la máquina depende en gran medida de cada proceso y máquina. En términos generales, se pueden distinguir dos tipos de procesos: procesos con herramientas flexibles, como el torneado, el fresado y la soldadura, donde las herramientas posibilitan una gran variedad de formas de piezas, y procesos con herramientas de conformado, como el moldeo por inyección, el conformado en frío y la fundición a presión, donde las nuevas formas de piezas requieren cambios importantes.
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