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ESTADO DEL ARTE EN LA APLICACIÓN DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN LAS RAMAS DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL SEBASTIAN GONZALEZ ARAQUE UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ALTERNATIVA DE INVESTIGACIÓN APLICADA BOGOTÁ D.C. 2021 ESTADO DEL ARTE EN LA APLICACIÓN DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN LAS RAMAS DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL SEBASTIAN GONZALEZ ARAQUE Trabajo de Grado para optar al título de ingeniero industrial Director ISAAC HUERTAS FORERO ESTADÍSTICO UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL ALTERNATIVA DE INVESTIGACIÓN APLICADA BOGOTÁ D.C. 2021 3 4 Nota de Aceptación Firma del presidente del jurado Firma del jurado Firma del jurado Bogotá, 10, junio, 2021 5 DEDICATORIA Le dedico este trabajo a mi hermana y mis papas 6 AGRADECIMIENTOS Quiero agradecer a mi familia por el apoyo que me dieron durante el trascurso de mi carrera y el desarrollo de este trabajo de investigación, nada de esto sería posible sin ellos y a mis amigos por acompañarme por este camino durante estos últimos años. 7 CONTENIDO pág. INTRODUCCIÓN 13 1. GENERALIDADES 15 1.1 ANTECEDENTES 15 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 1.2.1 Descripción del problema 18 1.2.2 Formulación del problema 18 1.3 OBJETIVOS 18 1.3.1 Objetivo general 18 1.3.2 Objetivos específicos 18 1.4 JUSTIFICACIÓN 19 1.5 DELIMITACIÓN 19 1.5.1 Espacio 19 1.5.2 Tiempo 19 1.5.3 Contenido 19 1.5.4 Alcance 20 1.5.5 Limitaciones 20 1.6 MARCO REFERENCIAL 20 1.6.1 Marco teórico 20 1.6.1.1 Industria 4.0 20 1.6.1.2 Simulación 21 1.6.1.3 Producción automatizada 22 1.6.1.4 Conducción autónoma 23 1.6.1.5 Robótica industrial 25 1.6.2 Marco conceptual 26 1.6.2.1 Estado del arte 26 1.6.2.2 Inteligencia artificial 27 1.6.2.3 Machine Learning 28 1.6.2.4 Gestión y control de la calidad 28 1.6.2.5 Ingeniería de métodos 28 1.6.2.6 Cadena de suministro 29 8 1.6.2.7 Internet de las cosas 29 1.6.2.8 Big data 29 1.7 METODOLOGÍA 30 1.7.1 Tipos de investigación 30 1.7.2 Fuentes de información 30 1.8 DISEÑO METODOLÓGICO 30 2. ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN LA INDUSTRIA 4.0 31 2.1 Enfoques de la industria 4.0 31 2.1.1 Enfoque basado en lo social 31 2.1.2 Enfoque basado en las competencias 31 2.1.3 Enfoque basado en la producción 31 2.1.4 Enfoque basado en el comportamiento 32 2.2 HERRAMIENTAS TECNOLOGÍCAS QUE USAN IA 32 2.2.1 integración de sistemas vertical y horizontal 32 2.2.2 Simulación 33 2.2.3 Fabricación aditiva 34 2.2.4 Realidad virtual y aumentada 34 2.2.5 Visión por computadora 35 2.3 Empresas lideres 36 2.4 Aspectos básicos de LA IA en la industria 4.0 37 3. RAMAS MÁS INVOLUCRADA DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL CON LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL 38 3.1 Calidad 40 3.2 Producción y manufactura42 3.3 Supply Chain Management 43 3.4 Ingeniería de métodos 44 3.5 Administración 45 4. CONCLUSIONES 47 9 5. RECOMENDACIONES 48 BIBLIOGRAFÍA 10 LISTA DE CUADROS pág. Cuadro 1. Características de los diferentes niveles de automatización de la conducción 24 Cuadro 2. Empresas líderes en el uso de inteligencia artificial. 36 Cuadro 3. Aspectos básicos y su relación con las tecnologías de la industria 4.0 37 Cuadro 4. Áreas de la ingeniería industrial y aplicación de inteligencia artificial 39 11 LISTA DE FIGURAS pág. Figura 1. pilares de la robótica 25 Figura 2. simulación de un proceso de separación y almacenaje de cajas 33 Figura 3. Esquema del funcionamiento de análisis de imágenes 35 Figura 4. Ramas de la ingenia industrial que aplican la inteligencia artificial 40 Figura 5. Documentos sobre calidad y IA por año 41 Figura 6. Documentos sobre producción, manufactura y IA por año 42 Figura 7. Documentos por año sobre la cadena de suministro y la IA 43 Figura 8. Documentos por año sobre la ingeniería de métodos y la IA 44 Figura 9. Documentos por año sobre procject management y la IA 45 https://d.docs.live.net/df8b84aafcf0a89f/Documentos/alternativa%20de%20ivestigacion1%20(1).docx#_Toc71574696 12 GLOSARIO CHATBOT: Un chatbot es una inteligencia artificial que simula una conversación con un usuario, para solicitar información a través de aplicaciones o páginas de internet. INGENIERÍA: Se conoce como ingeniería a la disciplina que se vale de un conjunto de conocimientos de tipo técnico, científico, practico y empírico para la invención, el diseño, el desarrollo, la construcción, el mantenimiento y la optimización de todo tipo de tecnologías, maquinas, estructuras, sistemas, herramientas, materiales y procesos. INDUSTRIA: Industria es la actividad económica que se basa en la producción de bienes a gran escala con la ayuda de máquinas especializadas. ROBOT: Robot es una maquina electromagnética desarrollada para ayudar en las tares o las actividades para los que fueron programados. TECNOLOGÍA: Se conoce como tecnología a un producto o solución conformado por un conjunto de instrumentos, métodos y técnicas diseñados para resolver un problema. 13 ESTADO DEL ARTE EN LA APLICACIÓN DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN LAS RAMAS DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL Resumen El presente trabajo de investigación aplicada tuvo como objetivo desarrollar un estado del arte de tipo exploratorio sobre el uso de la inteligencia artificial en las ramas de la ingeniería industrial, se desarrolló mediante la recolección de información de artículos y revistas científicas relacionados con la aplicación de la inteligencia artificial, al analizar la información se pudo identificar en que áreas de la ingeniería industrial se está usando la IA y asimismo se determinó los aspectos importantes de la inteligencia artificial en la industria 4.0. Palabras claves: Inteligencia artificial, industria 4.0, determinar, estado del arte. Abstract The present applied research work aimed to develop an exploratory state of the art of artificial intelligence in the branches of industrial engineering, was developed by collecting information from articles and scientific journals related to the application of artificial intelligence, by analyzing the information it was to identify in which areas of industrial engineering IA is used and identified important aspects of artificial intelligence in industry 4.0. Keywords: artificial intelligence, Industry 4.0, determine, state of the art. 14 INTRODUCCIÓN La ingeniería industrial desde sus inicios se caracterizó por adoptar nuevas herramientas y tecnologías emergentes en el mundo, asimismo los avances tecnológicos abrieron camino a la primera revolución industrial a finales del siglo XVIII donde el vapor de agua impulso los motores y la maquinaria que revoluciono la forma en la que se fabrican de los bienes. Hacia el siglo XX se da inicio a la segunda revolución industrial gracias a la producción en masa impulsada por la energía eléctrica lo que trajo consigo la producción en línea que fue esencial para la fabricación de productos. En el año 1970 la producción automatizada toma forma mediante la implementación de electrónica y tecnologías de la información que desato la tercera revolución industrial. Con la llegada de la era digital las nuevas tecnologías de la información son la base de la cuarta revolución industrial o también llamada hacia el año 2011 como industria 4.0.1 Dentro de los pilares de la industria 4.0 se encuentra la inteligencia artificial, la cual ha sido esencial para el desarrollo de la humanidad ya que esta tecnología ha mejorado la calidad de vida de las personas, de esta manera es importante conocer los aspectos básicos que componen a la inteligencia artificial ya que así se puede ver como esta tecnología está perfectamente integrada en las herramientas tecnológicas de la cuarta revolución industrial. La mejora continua es un factor clave en la ingeniería industrial que se puede lograr gracias al uso de las herramientas tecnológicas de la industria 4.0, esto ha traído consigo que empresas líderes en tecnología implementen la inteligencia artificial en sus procesos y logren ser más competitivas. La ingeniería industrial es una de las ingenierías con más ramas de aplicación en la industria respecto a otras ingenierías, es por eso por lo que es importante conocer como la inteligencia artificial se aplica a estas ramas. . 1 colombiatic. De la primera revolución industrial a la industria 4.0 [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://colombiatic.mintic.gov.co/679/articles- 124767_recurso_3.pdf 15 1 GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES Que es la inteligencia artificial, según un estudio realizado en la universidad de Standford lo define como ”It is the science and engineering of making intelligent machines, especially intelligent computer programs. It is related to the similar task of using computers to understand human intelligence” 2. En síntesis, la inteligencia artificial es una serie se conexiones que asemejan procesos realizados por el cerebro de manera automática y tiene la habilidad de aprender en base a sus acciones por lo que su uso está enfocado en máquinas y software. En 1939 durante la segunda guerra mundial los submarinos alemanes hundían convoyes aliados con suministros y armas necesarias para combatir a los alemanes, estos ataques eran exitosos ya que lo alemanes utilizaban una maquina llamada enigma que lo que su función era cifrar los mensajes en caso de que fueran interceptados por los aliados, este cifrado cambiaba su forma cada 24 horas a las 12 de la noche lo que hacía imposible la tarea de descifrarlos. Pero un hombre lograría esta tarea de descifrar los mensajes de los nazis, su nombre era Alan Turing un matemático licenciado en la universidad de Cambridge que años más tarde en su doctorado de la universidad de Princeton propuso su “tesis anunciaba el concepto de hiper computación, un sistema que iba a permitir la resolución de problemas que carecían de una solución algorítmica”3, “Turing desarrollo a finales de 1939 y mediados de 1940, una maquina a la que bautizaron como Bombe”4. Con la máquina de Turing lograron descifrar los mensajes enviados desde enigma ya que esta descartabaun gran número de variables dentro del cifrado lo que permitió descifrar los mensajes y así salvar una enorme cantidad de vidas y poder contratacar a los alemanes lo que convirtió a Turing en el creador de la inteligencia artificial ya que gracias a su invento abrió la posibilidad de pensar en las maquinas como un cerebro digital. 2 McCarthy, John. WHAT IS ARTIFICIAL INTELLIGENCE? [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://homes.di.unimi.it/borghese/Teaching/AdvancedIntelligentSystems/Old/IntelligentSystems_20 08_2009/Old/IntelligentSystems_2005_2006/Documents/Symbolic/04_McCarthy_whatisai.pdf 3 NATIONAL GEOGRAPHIC. Alan Turing arma secreta de los aliados [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://historia.nationalgeographic.com.es/a/alan-turing-arma-secreta- aliados_16352 4 Ibid. 16 El termino inteligencia artificial se acuña por primera vez en el año 1956 en la conferencia de Dartmouth donde se define como: “la ciencia e ingeniería de hacer maquinas inteligentes”5 por John McCarthy que fue un gran informático que desarrollo un lenguaje de programación llamado lips con el cual fue posible el desarrollo y uso de la inteligencia artificial ya que si se programaba por ejemplo para que aprendiera a jugar ajedrez este programa sería tan bueno y mejor que un jugador profesional, a tal punto que llego a creer que las maquinas a un futuro serían capaces de replicar la inteligencia humana. Años después en 1961 entra en servicio el primer robot industrial de la historia, llamado Unimate cuya función era la de mover distintas piezas a lo largo de la línea de producción, así como soldar piezas en un vehículo y de esta manera reducir el riego de sufrir una lesión al momento de que los empleados efectuar estas actividades, su inventor fue George Devol y se implementó en la empresa General Motors. Este robot fue evolucionando mediante prototipos y así es como se convierte en PUMA (Programmable Universal Manipulation Arm) es un brazo robótico industrial en el cual “la estructura del robot se compone por el sistema Hombro- codo- muñeca”6 el cual funciona como articulaciones para así poder rotar y manipular piezas dentro de la línea de producción, PUMA fue desarrollado para General Motors para ser usado en sus líneas de ensamble, gracias a la estructura del brazo robot que se asemeja a un brazo humano, este robot era capaz de manipular piezas y ensamblarlas entre sí. Fue el primer brazo robótico programable, lo que genero un avance significativo en el campo de la robótica industrial. La aplicación de robots en los procesos productivos hizo que la automatización se desarrollara a una gran velocidad ya que en este auge tecnológico más empresas se sumarian a usar este tecnología, pero un efecto indeseado salió a luz y es que al momento de automatizar los procesos que eran realizados por un empleado o varios en una línea de ensamble, estos serían despedidos ya que su trabajo lo efectuaría un robot programado el cual tendría una mayor productividad y mejora en el desempeño de la actividad realizada. A finales del siglo XX empieza una nueva etapa en la inteligencia artificial la cual se denominó machine learning (sistemas que aprenden), gracias a que los 5 GobiernodeCanarias. ¿Qué es en realidad la inteligencia artificial? [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://www.cienciacanaria.es/secciones/a-fondo/796-que-es-en-realidad-la- inteligencia-artificial 6 ALLAUCA, Fajardo. Diseño y construcción de un robot puma con un sistema de simulación en tiempo real. Ecuador: Universidad de Las Fuerzas Armadas de Ecuador. Facultad de Ingeniería mecatrónica. Trabajo de grado, 2019, p. 9 17 ordenadores en esta época tenían una mejora significativa en el procesamiento de información lo que facilito un desarrollo y mejora en la inteligencia artificial. Así es como ahora gracias a los avances en tecnología y desarrollo de la inteligencia artificial las empresas pueden optimizar no solo procesos, y así durante la operación en vivo de la organización esta optimiza la energía utilizada en el proceso, mientras que las maquinas hacen controles de calidad y ajustan los valores necesarios para que el producto cumpla con las especificaciones de calidad y todo esto se realiza en simultaneo con la producción en progreso. Si se toma estos factores en cuenta se puede llegar a reconocer que la inteligencia artificial es una gran herramienta en la industria ya que hace que la producción sea más eficiente, flexible y confiable, actualmente la industria se encuentra en su mayoría digitalizada ya que de esta manera se puede controlar las variables en un proceso productivo mediante el uso de software especializado lo que permite un control y análisis en tiempo real de estas. “El uso de la inteligencia artificial crea oportunidades completamente nuevas para una producción flexible y eficiente, incluso cuando se trata de productos complejos y cada vez más personalizados, fabricados en pequeñas cantidades.”7 Lo que nos dice que el uso y el desarrollo de la inteligencia artificial durante los últimos años ha sido parte esencial de la cuarta revolución industrial o también llamada la industria 4.0 el fin de esta es que se pueda ver la tecnología de forma dinámica y se pueda combinar en sistemas digitales y físicos, con el fin de mejorar la calidad de vida del ser humano y avanzar en el uso de herramientas digitales. Por último, durante la última década del siglo XXI con la llegada de la industria 4.0 el uso de herramientas digitales y de la inteligencia artificial se volvió un factor clave en las empresas que quieran elevar su competitividad en el mercado, ya para poder lograrlo estas empresas se tienen que adaptar a la industria 4.0, para mejorar sus procesos mediante tecnología de punta. Lo que presenta un desafío ya que se tiene que cambiar los métodos que venían efectuando en el pasado, para así implementar nuevas herramientas tecnológicas vigentes en el mercado, las cuales aportan una mejora significativa en los procesos industriales de la empresa como por ejemplo, mediante la automatización de procesos industriales se puede observar como la inteligencia artificial se ha venido usando e implementando en distintos campos de la ingeniería industrial desde su invención y uso en la industria. 7 RDenergia. La inteligencia artificial en la industria: producción inteligente [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://revistardenergia.com/la-inteligencia-artificial-en-la-industria- produccion-inteligente/ 18 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.2.1 Descripción del problema. La inteligencia artificial en la actualidad tiene varias aplicaciones en distintas ramas de la ingeniería, medicina entre otras, por tanto, esta tecnología ha ido evolucionando a tal punto que se puede aplicar en cualquier campo de estudio en el cual se puedan tratar los datos y la información de forma digital, lo que nos permite un uso adecuado para esta tecnología, así como mejorar la calidad de vida de las personas. Actualmente se cuenta con información sobre los usos de la inteligencia artificial en la industria gracias a internet y las bases de datos, pero en la búsqueda de información no se encontró un estado del arte sobre la aplicación de las herramientas de la inteligencia artificial en las ramas de la ingeniería industrial.8 1.2.2 Formulación del problema. La inteligencia artificial es una herramienta de gran provecho en la ingeniería ya que tiene un gran potencial en la industria y en diario vivir de las personas. Mediante el desarrollo de un estado el arte se desea conocer ¿Qué ramas de la ingeniería industrial usan la inteligencia artificial? para así brindar información a futuros investigadores sobre este tema. 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo general.Desarrollar un estado del arte sobre la aplicación de inteligencia artificial en las ramas de ingeniería industrial para así ampliar la información existente sobre este tema para que así sirva de base para futuros proyectos de investigación. 1.3.2 Objetivos específicos. • Definir los aspectos básicos de la aplicación de la inteligencia artificial en la industria 4.0 • Establecer las ramas en los cuales está más involucrada la inteligencia artificial en la ingeniería industrial 8 SIMENS. La inteligencia artificial en la industria [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://new.siemens.com/co/es/compania/areas-tematicas/digital- enterprise/inteligencia-artificial-en-la-industria.html 19 1.4 JUSTIFICACIÓN Ante el auge de la inteligencia artificial y la aplicación de esta como factor clave en la industria 4.0, se pretende investigar la aplicación y el uso de esta tecnología en los campos o las ramas de la ingeniería industrial para poder definir en cuales campos se aplica más esta tecnología. Es importante hacer énfasis en lo importante que es la inteligencia artificial, ya que en esta época digital esta herramienta tecnológica es un pilar en la sociedad actual, por lo que nos permite conocer cómo se aplica y usa esta tecnología en los distintos ámbitos de la ingeniería industrial, así como con esto se puede ver una mejora en la calidad de vida de las personas La presente investigación nace de la necesidad de conocer sobre la inteligencia artificial y los aspectos importantes de esta en la industria 4.0, con el propósito de elaborar un estado del arte sobre el uso y la aplicación de la inteligencia artificial en los campos de la ingeniería industria. La investigación busca proveer que la información conseguida en este trabajo sea útil y de ayuda para la comunidad educativa para así fomentar el conocimiento sobre la inteligencia artificial y sus usos en la ingeniería industrial. Existen estudios que se encuentran en las bases de datos e internet que comprenden los usos de la inteligencia artificial en la ingeniería industrial, se pretende elaborar un estado del arte para así afianzar los conocimientos sobre este tema. Por consiguiente, este trabajo de investigación quiere ampliar los conocimientos sobre la inteligencia artificial en a la industria y que sirva como ayuda a futuros trabajos de investigación sobre este tema. 1.5 DELIMITACIÓN 1.5.1 Espacio. La investigación se realizará en la Universidad Católica de Colombia en modalidad de estudio remoto, utilizando las bases de datos en de la universidad como fuente de investigación 1.5.2 Tiempo. La elaboración del trabajo se va a realizar en dos meses con una asignación promedio de 20 horas semanales a la búsqueda de información y elaboración del trabajo 1.5.3 Contenido. El trabajo de investigación abarca temas sobre la inteligencia artificial su uso en la ingeniería industrial e industria 4.0. Su desarrollo va a seguir los lineamientos de la elaboración de un trabajo de investigación y se desarrollarán los capítulos en base a los resultados de los objetivos y al final se desarrollarán las conclusiones, recomendaciones, bibliografía y anexos 20 1.5.4 Alcance. En el presente trabajo de investigación se realizará el estudio de la aplicación de la inteligencia artificial en los campos de la ingeniería industrial mediante la realización de un estado del arte, así como la identificación de las áreas en donde se está utilizando la inteligencia artificial y los aspectos importantes en la aplicación de esta tecnología en la industria 4.0. 1.5.5 Limitaciones. • Pocos estudios de la aplicación de la inteligencia artificial en la ingeniería en los. campos de la ingeniería industrial. • Falta de datos confiables. • El tiempo para el desarrollo del proyecto de investigación. • La pandemia ya que por la situación actual no se puede acceder a la universidad. • Falta de semilleros de investigación en la universidad donde se trate el tema de la inteligencia artificial en la industria. 1.6 MARCO REFERENCIAL 1.6.1 Marco teórico. 1.6.1.1 Industria 4.0. La cuarta revolución industrial llamada industria 4.0 se ha caracterizado por estar a la vanguardia en cuanto al uso de nuevas herramientas tecnológicas las cuales han sido esenciales para la evolución y el progreso de la humanidad, en esta nueva era digital el papel de la industria 4.0 radica en la distribución, uso y apropiación de tecnologías digitales y de internet, las cuales permiten que los procesos de producción sean completamente automatizados, en otras palabras que las maquinas efectúen su labor y realicen ajustes al proceso sin que un operario las maneje de forma manual.9 La visión de la industria 4.0 se centra en la fábrica inteligente la cual será capaz de mejorar y cambiar la forma en la que se venía produciendo actualmente ya que esta será capaz de modificar parámetros para hacer los ajustes pertinentes al proceso y asimismo mejorar el control de calidad. Igualmente, en el sector industrial se busca construir redes globales en para conectar las maquinas, fabricas, depósitos y almacenamientos como sistemas ciber físicos en los cuales se podrán controlar de forma inteligente y así compartir información entre sí para la toma de decisiones.10 9 MinTIC. Aspectos Básicos de la industria 4.0 [en línea]. Bogotá: Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://colombiatic.mintic.gov.co/679/articles-124767_recurso_1.pdf 10 Ibid. p. 18. 21 Las herramientas tecnológicas con las cuales se está desarrollando e implementando la industria 4.0 son: • Internet de las cosas • Análisis de big data • Computación en la nube • Simulación • Realidad aumentada • Robots autónomos • Manufactura aditiva • Ciber seguridad En este punto se puede entender que la industria 4.0 es la respuesta a un mercado enfocado en la personalización, y el uso de nuevas tecnologías11. En general el uso e implementación de estas tecnologías facilita que las organizaciones puedan tener una ventaja competitiva frente a empresas que no se han modernizado y siguen usando tecnologías del siglo pasado en sus procesos. Gracias a la industria 4.0 la evolución industrial está avanzando forma exponencial lo que hace que los nuevos avances tecnológicos sean implementados y usados en las organizaciones que es de gran importancia para la industria. 1.6.1.2 Simulación. Con el pasar del tiempo los ordenadores han ido evolucionando en sus componentes lo que genero un gran cambio en la potencia para el procesamiento de datos numéricos, lo que ha permitido que durante el transcurso de la última década los ingenieros de software puedan desarrollar programas capaces de simular y modelar desde procesos industriales hasta eventos que ocurren en la naturaleza como por ejemplo las condiciones atmosféricas a las que se ve involucrado un avión. Por ende, para para definir el concepto de simulación se expresa como “el conjunto de relaciones lógicas, matemáticas y probabilísticas que integran el comportamiento de un sistema bajo estudio cuando se presenta un evento determinado”12, entonces el objetivo de la simulación se centra comprender analizar y mejorar las condiciones importantes en el sistema13, por lo que la simulación nos ayuda a entender que pasaría si sucediera un evento no deseado o se diera un cambio en algún componente del sistema. 11 Martínez, Aguiló. Industria 4.0: la transformación digital en la industria. Barcelona, Editorial UOC. (2019). Pág. 43 12 García Dunna, Eduardo; García Reyes, Heriberto y Cárdenas Barrón, Leopoldo E. Simulación y análisis de sistemas con ProModel, México, Pearson (2013). Pág. 4 13 Ibid. p 4 22 Estas herramientas de simulación son ampliamente usadas en la cadena de valor, el diseño de productos y la gestión de operaciones, el modelado es una parteimportante en el desarrollo de la ingeniera digital ya que esta se encarga de la representación virtual de productos y procesos14, además mediante el uso de estas herramientas tecnológicas se pueden identificar problemas y realizar ajustes antes de la salida en vivo de la operación, lo que genera que se reduzcan los costos, ya que el desperdicio es mínimo y se genera una mejora continua en la organización. Estos son los programas más utilizados en la industria para simulación de procesos: • Controlp • Matlab • Chemsep • Promodel • FlexSim • Arena La simulación es una gran herramienta tecnológica que ha permitido que se pueda conocer la operación o el evento antes de ser implementado en físico y nos muestra de manera detallada como se desempeñara durante su funcionamiento. 1.6.1.3 Producción automatizada. En la industria manufacturera se utilizan procesos de producción en los cuales los operarios son parte esencial en la organización, ya que el papel que desempeñan es el de operar y controlar la maquinaria especializada para la transformación de la materia prima. Con la llegada de nuevas tecnologías al sector manufacturero, estas se adaptaron a tal punto que algunas maquinas ya no necesitaban de un operario para funcionar, a lo que se le denomino automática que según la real academia de ciencia exactas físicas y naturales define “como la ciencia que trata de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la sustitución del operador humano por un operador artificial en ejecución de una tarea, física o mental, previamente programada”15. Teniendo en cuenta esta definición, si se enfocada en el sector industrial se puede definir que la automatización es el estudio y aplicación de la automática en el control de procesos industriales como por ejemplo la automatización de la fabricación de productos o piezas.16 14 MinTic, Op. Cit, p.24. 15 A. B. y Gambao. Sistemas de producción automatizados. Madrid, Spain. Dextra Editorial. (2014). Pág. 9 16 Ibid. 23 Para llevar a cabo la aplicación de la automatización de la fabricación es necesario conocer las bases de esta y que conlleva el uso tres disciplinas: electrónica, mecánica e informática [hardware y software]17, igualmente se usan otras tecnologías como: • Sistemas sensoriales • Maquinas CNC (control numérico computarizado) • Robots industriales • Sistemas de almacenamiento y transporte • Sistemas de comunicaciones • Equipos de control Actualmente los sistemas de fabricación en la gran mayora de operaciones de las organizaciones están automatizados lo que genera ahorros en costo y tiempo, en estos procesos que están automatizados se tiene en cuenta el factor humano ya que son ellos los que las hacen funcionar y programan para que cumplan con su tarea específica. De hecho, en algunos sistemas altamente automatizados la participación humana es nula ya que las maquinas aprenden a corregir errores y a hacer los ajustes necesarios mediante la inteligencia artificial con la que están programados para que puedan cumplir con los requerimientos y estándares del producto.18 1.6.1.4 Conducción autónoma. El desarrollo de la inteligencia artificial en los últimos años ha sido una herramienta con un potencial enorme para la industria, ya que esta herramienta ha permitido avances tecnológicos tan grandes que parecen sacados de una obra de ficción, como es el caso de la conducción autónoma la cual tiene como objetivo que los vehículos no sean operados por un humano cómo se ha hecho desde la invención de estos vehículos, sino que el conductor sea remplazado por un sistema de inteligencia artificial el cual mediante el uso de sensores y geolocalización puede ser capaz de imitar el comportamiento humano al momento de conducir. La automatización de la conducción ha llevado a que algunas organizaciones como la SAE (Society of Automobile Engineers) que son profesionales especializados en la construcción de vehículos, a clasificar las características principales en los niveles de conducción según el grado de automatización del vehículo como se puede observar en cuadro 1.19 17 Ibid. p 10 18 Ibid. p 11 19 Balbas, Alexandra: Domínguez, Manuela. Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol. 23, N.º 2, pp. 92, 2019 24 Cuadro 1. Características de los diferentes niveles de automatización de la conducción Fuente. Balbas, Alexandra: Domínguez, Manuela. Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol. 23, N.º 2, pp. 93, 2019 Podemos observar que actualmente los vehículos autónomos que existen se encuentran entre los niveles (1,2,3) ya que, aunque el vehículo se conduzca a si mismo aun no logran imitar la inteligencia y reflejos humanos al 100 por ciento, por lo cual tiene que intervenir el piloto en cierto punto, pero con el desarrollo los sistemas inteligentes de asistencia están haciendo a la conducción más segura para los pasajeros. Un posible uso de esta tecnología se puede dar en la logística ya que tesla uno de los fabricantes de vehículos eléctricos más grande del mundo tiene incorporada la tecnología de autopiloto (conducción autónoma) en sus vehículos. Tesla desarrollo el tesla semi que es un camión eléctrico tipo tractomula el cual tendrá una autonomía de casi 500 millas, será capaz de conducirse a sí mismo y ahorrar el costo de la energía por milla recorrida.20 20 Tesla. Semi [en línea]. Bogotá: Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://www.tesla.com/semi 25 En resumen, el futuro de la logística con respecto a la conducción autónoma de vehículos de carga es inmenso ya que a un futuro si se alcanza un nivel de automatización 5 - véase cuadro 1, estos vehículos podrían hacer viajes de 24 horas o más sin detenerse lo que sería beneficioso para la logística ya que incrementaría su eficiencia. 1.6.1.5 Robótica industrial. ¿Qué es la robótica? la robótica es una rama de la ingeniería que tiene como pilar varias ingenierías como lo son: electrónica, mecánica, eléctrica, la teoría del control y sistemas de computación – ver figura 1. En la robótica se estudia, diseña, se manufactura y se da la aplicación de máquinas autónomas las cuales operan mediante inteligencia artificial y son capaces de aprender las tareas a realizar. Estas máquinas son capaces de realizar tareas repetitivas y hacer el trabajo de un humano sin cometer errores.21 Figura 1. Pilares de la robótica Fuente. HERNÁNDEZ, Gustavo. [En línea]. ¿Qué es la robótica? (Introducción a la robótica y microcontroladores). México, 2019. [Citado 29 marzo 2021]. Disponible en internet: http://haciaelespacio.aem.gob.mx/revistadigital/articul.php?interior=733 21 HERNÁNDEZ, Gustavo. [En línea]. ¿Qué es la robótica? (Introducción a la robótica y microcontroladores). México, 2019. [Citado 29 marzo 2021]. Disponible en internet: http://haciaelespacio.aem.gob.mx/revistadigital/articul.php?interior=733 26 En la robótica industrial se usan robots industriales los cuales son capaces de replicar acciones y movimientos humanos todo gracias a la inteligencia artificial con la que están programados algunos de los más utilizados son estáticos o móviles con un brazo el cual imita los movimientos de un brazo humano. 22 Las características principales de estos robots industriales son: • Grados de libertad • Zona de trabajo • Carga a sostener • Velocidad de acción • Nivel de programabilidad La ventaja de usar estas máquinas es que pueden operar en jornadas largas de trabajo repetitivo sin detenerse, asimismo gracias a los robots industriales se puede reducir el riesgo de sufrir un accidente laboral ya que los robots pueden trabajar en entornos peligrosos y nocivos para el ser humano, lo que mejora la seguridad industrial en la planta de producción. El éxito de los robots radica en que proporcionan más fuerza, precisión y calidad en las tareas que realizan a diferencia de un ser humanolo cual los hace prefectos para procesos de fabricación industrial.23 1.6.2 Marco conceptual 1.6.2.1 Estado del arte. Es un tipo de investigación documental la cual se centra en las investigaciones de distintos autores en base a un tema específico, por ende, se centra en la búsqueda de información documentada e igualmente en la lectura y el análisis de esta. Asimismo, por medio de este proceso se puede a saber el estado actual del tema de investigación lo que brinda al investigador una comprensión crítica basada en la lectura y el análisis de distintos tipos de temas.24 22 EDS/robotics. Tipos de robots industriales y sus usos [en línea]. Alicante, España: Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://www.edsrobotics.com/blog/tipos-robots-industriales- usos/ 23 Avansis. Que es la robótica industrial: tecnología clave en la automatización industrial [en línea]. Madrid, España: Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://www.avansis.es/industria-4-0/robotica- industrial/#Que_son_los_robots_industriales 24 leouniandes. Estado del arte [en línea]. Bogotá. Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://leo.uniandes.edu.co/images/Guias/Estadodelarte.pdf 27 1.6.2.2 Inteligencia artificial. Desde la invención de los primeros computadores el procesamiento de datos se volvió fundamental para llevar a cabo operaciones matemáticas y lógicas que normalmente realizaría un humano, tomaría tiempo llegar a resolver, como ejemplo tenemos a Alan Turing un matemático que fue fundamental para ganar la segunda guerra mundial, ya que él estaba encargado de descifrar códigos cifrados nazis los cuales contenían indicaciones de ataques y bombardeos este código recibió el de enigma, el problema con este código era que cada cierto tiempo volvía a cambiar lo que dificultaba el trabajo para poder descifrarlos con un equipo de matemáticos. Alan Turing desarrollo una maquina capaz de descifrar estos códigos de forma automática lo que dio la ventaja necesaria para ganar la guerra, asimismo Turing fue reconocido como el padre de la inteligencia artificial ya que sentó las bases para que a lo largo de la historia la inteligencia artificial evolucionara hasta lo que conocemos hoy en día. Según la RAE (Real Academia de la Lengua Española) la inteligencia artificial se define como “disciplina que se ocupa de crear programas informáticos que ejecutan operaciones comparables a las que realiza la mente humana, como el aprendizaje o el razonamiento lógico”25, es por eso que en la evolución de la inteligencia artificial está ha intentado imitar a el cerebro humano el cual es el encargado del procesamiento de la información y objetos con los que interactuamos a diario, mediante la activación de las neuronas las cuales envían impulsos eléctricos atreves del sistema nervioso los cuales se convierten en acciones como por ejemplo clavar un clavo.26 En cambio, la inteligencia artificial procesa los datos gracias a una computadora, la cual sigue una secuencia finita de instrucciones que contienen las acciones que ejecuta la computadora para resolver el problema.27 Dentro de las aplicaciones y usos más comunes de la inteligencia artificial están: • Asistentes virtuales, como Siri Ok Google • Sistematización en la industria • Procesamiento de imágenes y texto • Procesamiento del lenguaje • Machine learning El alcance de la inteligencia artificial ha sido tan grande que se convirtió en nuestro diario vivir ya que nos facilita muchas cosas, pero implica riesgos como la sustitución humana en puestos de trabajo por maquinas inteligentes. 25 RAE. [en línea]. Bogotá. Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://dle.rae.es/inteligencia 26 Benítez, R. Inteligencia artificial avanzada. Barcelona, Spain. Editorial UOC. (2014). Pág. 14 27 Ibid. p 13 28 1.6.2.3 Machine Learning. El aprendizaje automático es una rama de la inteligencia artificial en la cual las maquinas aprenden sin ser precisamente programas para eso, estos sistemas son capaces de predecir patrones en los datos para así hacer predicciones y tomar decisiones claro ejemplo de ellos son las recomendaciones de Netflix así como la interacción con asistentes virtuales como Siri, además el potencial uso en fábricas inteligentes hace de esta herramienta tecnológica clave en el desarrollo de la industria 4.0.28 1.6.2.4 Gestión y control de la calidad. Según la ISO 9000 de 2015 se entiende que esta rama de la ingeniería industrial está enfocada a proporcionar valor mediante el cumplimiento de las necesidades y expectativas del cliente. Asimismo, en la calidad es necesario conocer que la organización está determinada para satisfacer a los clientes mediante los productos o servicios .29 Asimismo, una parte esencial en la calidad es la gestión de la calidad la cual se define como “el conjunto de acciones encaminadas a planificar, organizar y controlar la función calidad en una empresa”30. En las organizaciones que están enfocadas en la calidad utilizan herramientas tecnológicas para que el control de la calidad sea realizado mediante maquinas programadas las cuales detectan el error y hacen la corrección. 1.6.2.5 Ingeniería de métodos. Esta rama se encarga de la integración humana en procesos de producción de artículos o servicios y así decidir como estos trabajadores van a desempeñar las tareas que se le asignen, por lo que la importancia de la ingeniería de métodos esta hacer que la persona tenga un desempeño efectivo en el proceso. Asimismo, esta rama comprende el estudio del proceso de fabricación, estudio de tiempos y movimientos por lo que las funciones más importantes en esta disciplina son:31 • Personas • Materiales • Maquinas • Métodos • Cargue y descargue • Manutención • Medición 28 IBM. Machine learning: [en línea]. Bogotá. Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://www.ibm.com/cloud/learn/machine-learning 29 ISO 9000:2015. Sistemas de gestión de la calidad- fundamentos y vocabulario. 30 Pola Maseda, Á. Gestión de la calidad. Barcelona, Spain: Marcombo. (2009). Pág. 23 31 Palacios Acero, L. C. Ingeniería de métodos: movimientos y tiempos. Bogotá, Colombia: Ecoe Ediciones (2009). Pág. 27-28 29 1.6.2.6 Cadena de suministro. Una cadena de suministro es una red de instalaciones y medios de distribución la cual tiene como función obtener materia prima la cual será transformada para convertirse en productos en proceso y terminados los cuales serán distribuidos en los consumidores finales.32 Una cadena de suministro está formada por tres partes: el suministro, la fabricación y la distribución, en el apartado del suministro este enfoca en cómo donde y cuando se consiguen las materias primas para la fabricación, que es donde las materias primas se convierten en productos terminados. Por otra parte, la distribución se asegura que estos productos lleguen al consumidor final a través de redes de distribuidores, almacenes y comercios minoristas.33 1.6.2.7 Internet de las cosas. El internet de las cosas o (IoT) “hace referencia, como se ha adelantado, a una tecnología basada en la conexión de objetos cotidianos a Internet que intercambian, agregan y procesan información sobre su entorno físico para proporcionar servicios de valor añadido a los usuarios finales”.34 Una de las ventajas que tiene el IoT es que se pueda llegar a reconocer cambios en un entorno físico y realizar cambios de forma autónoma mediante el uso de sensores y dispositivos inteligentes conectados a la red. Es decir que es un sistema donde objetos físicos se conectan a la res para interactuar entre ellos y recopilar datos.35 1.6.2.8 Big data. Las bases del big data se dan en los años 90 donde las grandes empresas de Silicon Valley minan datos que es un proceso donde encuentran patrones ocultos en los datos, con la invención WWW (World WideWeb) el volumen de datos se disparó haciendo esta tecnología insuficiente. Se puede definir el big data como un colosal conjunto de datos los cuales van a superar la capacidad que tiene actualmente el software existente para poder ser capturados, gestionados y procesados, estos conjuntos de datos se caracterizan por tener las 3V del big data: Volumen, velocidad y variedad.36 Es por eso por lo que estos datos tan enormes son de suma importancia para las organizaciones y es ahí donde entra SAP, “que es un creador de software para la gestión de procesos empresariales ya que desarrolla soluciones que fomentan el procesamiento efectivo de datos y el flujo de información en todas las organizaciones”.37 32 Terrado, A. A. La cadena de suministro. Santa Fé, Argentina: El Cid Editor. (2007). Pág. 8 33 Ibid. 34 Barrio Andrés, M. Internet de las cosas. Madrid, Editorial Reus. (2018). Pág. 19 35 Ibid. p 20 36 Castillo Romero, J. A. Big data. IFCT128PO. IC Editorial. (2019). Pág. 28-29 37SAP. ¿Qué es SAP? [en línea]. Bogotá. Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://news.sap.com/latinamerica/que-es-sap/ 30 1.7 METODOLOGÍA 1.7.1 Tipos de investigación. El tipo de investigación que se llevó a cabo en presente trabajo es una investigación documental que “Consiste en un análisis de la información escrita sobre un determinado tema, con el propósito de establecer relaciones, diferencias, etapas, posturas o estado actual del conocimiento respecto al tema objeto de estudio”38. Con de elaborar el estado del arte propuesto en el objetivo general. Una de las ventajas que tiene este tipo de investigación es que se puede acceder de manera fácil a la información, así como permite ahorrar recursos como tiempo y dinero. Asimismo, esta investigación aprovecha elementos de una investigación descriptiva ya que esta “trabaja sobre realidades de hecho, y su característica fundamental es la de presentarnos una interpretación correcta”39. Lo que nos facilita conocer el estado actual de la implementación de la inteligencia artificial en la ingeniería industrial. 1.7.2 Fuentes de información. En la elaboración del presente trabajo de investigación se utilizaron fuentes secundarias con el fin de obtener información clara, certera y relacionada sobre el tema de la aplicación de la inteligencia artificial a la ingeniería industrial, además se revisaron libros, revistas científicas, informes técnicos, patentes, trabajos, investigaciones, documentales y tesis de grado relacionadas con el tema. 1.8 DISEÑO METODOLÓGICO En el presente trabajo de investigación el investigador uso un método exploratorio con el propósito de destacar los aspectos fundamentales en la industria 4.0 y la relación con la inteligencia artificial, mediante los filtros en las bases de datos se extraerá la información sobre las ramas de la ingeniería industrial que usan la inteligencia artificial. Para así proporcionar información y conocer el estado actual del tema específico, para la elaboración de futuros trabajos de investigación ligados al tema de la inteligencia artificial en la industria. 38 Monroy Mejía, M. D. L. Á. y Nava Sánchez Llanes, N. (2018). Metodología de la investigación. Pág. 104 39 Ibid. p. 103. 31 2 ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL EN LA INDUSTRIA 4.0 En el desarrollo del presente capitulo se tuvo en cuenta los enfoques que definen a la industria 4.0, para profundizar en su concepto ya tratado en el apartado 1.6.1.1. Para así entender cuáles son los aspectos básicos de la inteligencia artificial son usados en las tecnologías que impulsan la industria4.0. 2.1 ENFOQUES DE LA INDUSTRIA 4.0 2.1.1 Enfoque basado en lo social. El enfoque plantea que a medida que se ha dado el desarrollo de industria 4.0 esta ha influido de manera significativa en la sociedad moderna ya que tiene impactos positivos y negativos. Dentro de lo positivo de la industria 4.0 es que permite crear nuevos bienes de manera más eficiente y en menor tiempo, lo que mejora la calidad de vida de las personas, asimismo el impacto negativo más importante en esta revolución industrial, es la perdida de la participación humana en los procesos de producción y manufactura, ya que al implementar máquinas y robots inteligentes estos remplazan al factor humano lo que tare consigo despidos masivos de personal que solía operar maquinaria en estos procesos.40 2.1.2 Enfoque basado en las competencias. Para el desarrollo de la industria 4.0 se necesitará de nuevas habilidades y competencias para los profesionales modernos ya que el cambio no solo es estructural sino que a nivel intelectual, los profesionales tienen que adquirir estas nuevas competencias para que así se puedan adquirir el conocimiento para el uso de estas nuevas tecnologías de la información y las comunicaciones, de esta forma los sistemas autogestionados podrán ser manejados y mantenidos por profesionales con estas competencias adquiridas.41 2.1.3 Enfoque basado en la producción. En el ámbito de la producción en lo referente a la industria 4.0 esta plantea la modernización y automatización de los procesos de producción a gran escala, mediante las herramientas tecnológicas, así como en el componente organizativo de las empresas industriales.42 40 MinTic, Op. Cit, p.5 41 MinTic, Op. Cit, p.6 42 MinTic, Op. Cit, p.7 32 2.1.4 Enfoque basado en el comportamiento. Este enfoque se basa en la industria 4.0 prevé la transición de a la interacción objeto-objeto, lo que quiere decir la sustitución de elemento humano del sistema de interacciones, por lo que en una planta total mente automatizada el elemento humano solo cumpliría una labor de dar mantenimiento a estas máquinas.43 2.2 HERRAMIENTAS TECNOLÓGICAS QUE USAN IA 2.2.1 Integración de sistemas vertical y horizontal. En la mayoría de las organizaciones los sistemas informáticos no se encuentran totalmente integrados, ya que las empresas, proveedores y clientes no se encuentran directamente relacionados a una integración digital, lo que provoca que la comunicación entre estos factores de la cadena de abastecimiento tenga deficiencias ya que el objetivo de la industria 3.0 es contar con un sistema integral de gestión con lo cual rara vez ha sido un logro en empresas de nuestro entorno.44 En la industria 4.0 las empresas se encuentran en un modelo donde participan en todo el ciclo de vida del producto, ya que funcionan parecido a los departamentos internos y a las funciones que desarrollan los procesos internos, lo que genera que las organizaciones busquen la forma de estar conectadas entre sí, compartiendo los datos esenciales al momento de optimizar la cadena de valor mediante el uso de (cloud computing).45 El cloud computing o computación en la nube es una tecnología que está centrada en la administración de recursos compartidos en la nube, ya que permite el acceso remoto a software, hardware, almacenamiento y procesamiento de datos todo gracias al internet.46 43 MinTic, Op. Cit, p.8 44 Garrell Guiu, A. y Guilera Agüella, L. La industria 4.0 en la sociedad digital. Marge Books. (2019) .Pág. 66 45 Ibid. 46 Pan, H., $ Yang, X. (2021). Management Model on Electronic Commerce Data Based on Cloud Computing. Wireless Communications & Mobile Computing, 1-10 https://doi-org.ucatolica.basesdedatosezproxy.com/10.1155/2021/5510002 33 2.2.2 Simulación. La característica principal de la simulación en la industria 4.0 radica en el uso de programas de simulación para conocer en tiempo real las operaciones de la planta ya que, mediante los datos recogidos en el sistema, esta esta simulación permite hacerle ajustes al proceso y optimizar los parámetros que lo condicionan. Estos datos son pasados del mundo virtual al físico en cuestión de segundos ya que tiene la particularidad de que se puede configurar las máquinas y así aumentarla calidad de los productos ofrecidos.47 Gracias a la inteligencia artificial los programas de simulación como FlexSim permiten al usuario simular todo un proceso de producción y controlar las variables que se den en este proceso, FlexSim es uno de los programas de simulación más importantes en la industria ya que juega un papel fundamental en la industria 4.0 asimismo este implementa la inteligencia artificial para poder simular procesos de producción mediante el tratamiento de datos de forma autónoma, por ejemplo se utilizó FlexSim para simular un proceso de almacenamiento de mercancía en la bodega ver figura 2. Figura 2. simulación de un proceso de separación y almacenaje de cajas Fuente. El Autor Se puede observar cómo en esta simulación se programa y se asignan las entradas, que en este caso son las cajas las cuales pasan mediante dos procesadores y llegan a una banda magnética para ser separadas por su tipo de color y así ser almacenadas en una estantería y en un despacho de mercancía. 47 Garrell Guiu, A. y Guilera Agüella, Op. Cit, p. 65 34 2.2.3 Fabricación aditiva. En 1990 entro al mercado el moldeado por disposición fundida como un método para la modelización rápida de prototipos a pequeña escala, esta fabricación utiliza una metodología aditiva lo que significa que el material fundido es depositado en capaz para así formar una pieza totalmente funcional.48 El filamento usado en la fabricación aditiva está elaborado en plástico o metal, estos filamentos se introducen en un filtro el cual tiene la capacidad de calentarse por encima de la temperatura de fusión del material, así como moverse en 3 ejes: x, y y z a medida que el material es fundido es sacado del filtro mediante un extrusor(boquillas) que lo que hace es inyectar el material en distintas caspas lo que crea el objeto.49 En la fabricación aditiva uno de los sistemas clave es la impresión 3d la cual es capaz de producir piezas con un gran nivel de detalle así mismo la integración de esta tecnología con la inteligencia artificial hace que mejore el proceso de impresión ya que la IA puede analizar la calidad de la pieza, ahorrar tiempo y evitar errores en la impresión. 2.2.4 Realidad virtual y aumentada. La realidad virtual consiste en recrear espacios o entornos en tres dimensiones mediante programación informática, los entornos creados virtualmente son vistos por el usuario como reales y se sentirá inmerso dentro de este ambiente. Para poder observar este mundo virtual se necesita hardware adecuado que en la mayoría de los casos son gafas tridimensionales que proyectan el entorno creado en 3 dimensiones, pero para poder interactuar con este ambiente se necesitan guantes o controles los cuales registran los movimientos del cuerpo de manera precisa para poder proyectar estos movimientos en el entorno virtual.50 Por otro lado, la realidad aumentada es la visión que se obtiene del mundo real mediante el uso de sensores y cámaras que capturan y procesan el espacio físico real y añaden información adicional la cual es percibida por el ojo humano por ende los elementos físicos se combinan con los elementos virtuales creando así una realidad en tiempo real que junta estas realidades, lo que nos permitiría por ejemplo observar un objeto virtual como si se encontraran el mundo físico.51 Una aplicación a la industria es que el trabajador podría simular el mantenimiento o reparación de maquinaria mediante la realidad aumentada y éste al reparar la máquina lo haría de una forma más eficiente y en menor tiempo ya que sabe qué parte tratar esencialmente para que la máquina funcione con normalidad. 48 Garrell Guiu, A. y Guilera Agüella, Op. Cit, p. 72 49 Ibid, 50 Garrell Guiu, A. y Guilera Agüella, Op. Cit, p. 76 51 Garrell Guiu, A. y Guilera Agüella, Op. Cit, p. 77 35 2.2.5 Visión por computadora. La visión por computadora o también llamada visión artificial son herramientas que permiten obtener, procesar y analizar un conjunto de imágenes del mundo físico con el objetivo de ser tratadas mediante un procesador y así optimizar una amplia gama de tareas. Al incorporar inteligencia artificial en esta tecnología esta es capaz de aprender forma autónoma mediante patrones adquiridos con conocimientos de anteriores procesos. Esta técnica sirve para la clasificación de imágenes y así tomar decisiones dependiendo de los patrones que se encuentren en las mismas.52 Algunas aplicaciones industriales de la visión por computadora son: • Detección de objetos • Análisis de vídeo • Control de calidad envases y embalajes • Inventario almacenes • Gestión de tránsito • Detección de incendios forestales En la figura 3 se observa cómo funciona un sistema de realidad virtual para identificar un objeto.53 Figura 3 Esquema del funcionamiento de análisis de imágenes Fuente. Domingo, Mery. Visión por computador. Universidad Católica de Chile. (2004). pág. 11 52 Garrell Guiu, A. y Guilera Agüella, Op. Cit, p. 56 53 Domingo, Mery. Visión por computador. Universidad Católica de Chile. (2004). Pág. 3 36 2.3 EMPRESAS LIDERES En la actualidad las compañías que implementan la inteligencia artificial en sus productos o servicios son las más innovadoras en el mercado y asimismo los beneficios son significativos sobre la competencia, haciendo que las compañías sean más competitivas ya que al implementar esta tecnología se obtienen beneficios como automatizar procesos lo que conlleva al ahorro de tiempo, disminución de costos y el aumento de la productividad. las empresas más innovadoras del año 2021 según la última encuesta global que realizado The Boston Consulting Group (BCG)54 ,en su ranking de las 50 empresas más innovadoras en el mundo, se encuentran empresas que usan la inteligencia artificial ver cuadro 2 Cuadro 2. Empresas líderes en el uso de inteligencia artificial. Empresa Usos Apple Siri, que es un asistente virtual, Big data, reconocimiento de rostro, realidad aumentada Google Ok, Google, es un asistente virtual, big data, cloud computing, procesamiento, machine learning, realidad aumentada, automatización de texto y audio Amazon Análisis de texto, chatbots, machine learning automatización y producción inteligente Microsoft Cortana asistente artificial, Big Data automatización, producción inteligente, traducción automática, realidad aumentada, procesamiento de audio, texto y vídeo. Facebook el principal uso están el Machine learning para pronosticar conocer los comportamientos del usuario y los chatbots para interactuar con los usuarios. Tesla conducción autónoma, fabricación inteligente, Machine learning, robótica industrial. Samsung Big Data, Machine learning, asistente virtual, reconocimiento retina usuario IBM Machine learning, cloud computing, Big Data Fuente. El Autor 54 BCG. 15 YEARS THE MOST INNOVATE COMPANIES. [en línea]. Bogotá. Editor [citado 21 abril 2021]. Disponible en Internet: https://www.bcg.com/publications/most-innovative-companies- historical-rankings 37 Como se puede ver en el cuadro 2, estas empresas son las que impulsan el futuro del progreso de la humanidad en el ámbito tecnológico y social mediante la adquisición e implementación de la inteligencia artificial como motor de avance y cambio para la sociedad actual. 2.4 ASPECTOS BÁSICOS DE LA IA EN LA INDUSTRIA 4.0 Como se cómo se ha podido observar durante el desarrollo del presente trabajo de investigación se ha definido las características básicas de las tecnologías de la industria 4.0 cuya funcionalidad radica en el uso de la inteligencia artificial para poder ser implementada, por consiguiente, se elabora un cuadro relacionando los aspectos básicos de la inteligencia artificial en las principales herramientas de la industria 4.0 ya definidas en este capítulo y en el apartado 1.6. Cuadro 3. Aspectos básicos y su relación con las tecnologíasde la industria 4.0 Aspectos básicos de la IA Herramientas de la industria 4.0 Capacidad de reacción a partir de la información obtenida en el entorno Realidad aumentada Visión por computadora Memoria y aprendizaje según experiencias pasadas Machine learning Internet de las cosas Simulación Adaptabilidad Integración horizontal y vertical Internet de las cosas Uso de sensores Robótica industrial Realidad aumentada Fabricación aditiva Internet de las cosas Auto gestión Big data Machine learning Internet de las cosas Capacidad para la optimización Robótica industrial Internet de las cosas Fabricación aditiva Predicción de patrones de datos Machine learning Simulación Automatización Robótica industrial Internet de las cosas Realidad aumentada Big data Fuente. El Autor 38 3 RAMAS MÁS INVOLUCRADA DE LA INGENIERÍA INDUSTRIAL CON LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL La ingeniería industrial es una de las ramas de la ingeniera que se ocupa del diseño, mejora e instalación de sistemas integrados, personas, materiales, equipos y energía. Se basa en conocimiento y obtención de habilidades especializados en ramas de la ciencia como matemáticas, física y química para ser aplicarlas a los métodos de análisis y diseño en ingeniería.55 Así entones la ingeniería industrial es una de las ingenierías que cuenta con más campos de aplicación asimismo por que el papel del ingeniero industrial se centra en reducir los costos de producción, mejorar la eficacia, mejorar la calidad de los productos o servicios, asegurar el bienestar de los empleados y la gestión administrativa de las organizaciones.56 El ingeniero industrial mejora las cosas en cualquier industria ya sea desde la fabricación de productos, la industria aeroespacial o la atención medica entre otras De este modo las principales ramas en las que se enfoca la ingeniería industrial son: • Administración • Producción, manufactura • Supply Chain Management (administración de la cadena de suministro) • Ingeniería de métodos • Calidad • Seguridad industrial • Logística • Planeación estratégica • Recursos humanos • Marketing • Economía • Finanzas Estas son algunas de las áreas focales más importantes en la ingeniería industrial,57 para así iniciar la búsqueda de estos términos y poder ver cuales áreas usan la inteligencia artificial con regularidad. 55 IISE. What is industrial and system engineering? (IISE official definition) [en línea]. Bogotá: Editor [citado 3 mayo 2021]. Disponible en Internet: https://www.iise.org/Details.aspx?id=282 56 Livescience. What is industrial Engineering [en línea]. Bogotá: Editor [citado 3 mayo 2021]. Disponible en Internet: https://www.livescience.com/48250-industrial-engineering.html 57 IISE. Industrial Engineering Roles In Industry [en línea]. Bogotá: Editor [citado 3 mayo 2021]. Disponible en Internet: https://ui.customsearch.ai/hosted?q=roles&customConfig=4165927293&market=en- us&safesearch=moderate 39 Mediante el uso de la base de datos Scopus se buscaron los artículos relacionados con las ramas de la ingeniería industrial y la inteligencia artificial, todo mediante el uso de palabras claves para determinar la relación y ver que ramas están más involucradas con la inteligencia artificial basada en la cantidad de estudios realizados en estas áreas. Ver tabla 4 Cuadro 4. Áreas de la ingeniería industrial y aplicación de inteligencia artificial IA ÁREAS Numero de artículos Administración 51 Producción, manufactura 68 Supply Chain Management 52 Ingeniería de métodos 45 Calidad 89 Seguridad industrial 30 Logística 6 Planeación estratégica 2 Recursos humanos 13 Marketing 7 Economía 18 Finanzas 6 Total, de artículos 346 Fuente. El Autor Como se puede observar en la base de datos Scopus la cantidad total de artículos es de 346 lo cuales tratan sobre la aplicación de la inteligencia artificial a estas áreas de enfoque de la ingeniería industrial. Por ende, para clasificar e identificar las principales ramas de la ingeniería industrial que usan inteligencia artificial se tuvo en cuenta el número de artículos sobre la rama en específico. Ver figura 4 40 Figura 4 Ramas de la ingenia industrial que aplican la inteligencia artificial Fuente. El Autor En la figura 4 se evidencia que las ramas que más utilizan la inteligencia artificial son: • Calidad • Producción, manufactura • Supply chain management • Ingeniería de métodos • Administración A continuación, se dará a conocer el estado actual de la aplicación de la inteligencia artificial en cada una de las ramas de la ingeniería industrial. 3.1 CALIDAD Esta rama ingeniería industrial se encarga de que se cumplan los requerimientos para la fabricación de productos o servicios para así asegurar la satisfacción del cliente y lograr la mejora continua en la organización. Es por eso por lo que en los procesos de control de calidad se está implementación la inteligencia artificial para hacer este proceso más eficiente por lo que los estudios en este campo han ido aumentando a lo largo del tiempo. (ver figura 5) 13% 17% 13% 11% 22% 7% 5% 1% 3% 2% 4% 2% Ramas de la ingenieria industrial Administración Producción, manufactura Supply Chain Management Ingeniería de métodos Calidad Seguridad industrial Logística Planeación estratégica Recursos humanos Marketing 41 Figura 5 Documentos sobre calidad y IA por año Fuente. Analyze search results from Scopus. En la figura 5 se evidencia que desde el año 2011 se empezó a hablar de la cuarta revolución industrial el número de documentos sobre este tema y su relación con la IA tuvo una tendencia creciente lo que demuestra la inclusión de esta tecnología en el campo de la calidad. Por lo que la clave de en la calidad es desarrollar nuevos procesos, productos y servicios influenciados por la adopción de nuevas tecnologías de manufactura como la fabricación aditiva para así asegurar que la gestión de la calidad se cumpla a cabalidad teniendo en cuenta tecnologías que usan IA en este campo como lo son:58 • Impresión 3d • Producción inteligente • Deep learnig • Machine learning • Simulación 58 Yang, H., Rao, P., Simpson, T., Lu, Y., Witherell, P., Nassar, A.R., Reutzel, E., Kumara, S. Six- Sigma Quality Management of Additive Manufacturing (2021) Proceedings of the IEEE, 109 (4), art. no. 9272610, pp. 347-376 42 3.2 PRODUCCIÓN Y MANUFACTURA Los sistemas de producción y manufactura han sido esenciales desde la primera revolución industrial ya que gracias a ellos se pudo dar la producción en masa, con el pasar de los años y con la llegada de la industria 4.0 las nuevas tecnologías que se implementaron a la producción y la manufactura incrementaron la efectividad de los procesos de producción ya que al utilizar la inteligencia artificial se pudo automatizar, reducir costos y lograr la mejora en las organizaciones. Figura 6 Documentos sobre producción, manufactura y IA por año Fuente. Analyze search results from Scopus. De la figura 6 se puede observar cómo durante la última década los estudios sobre la aplicación de la inteligencia artificial a la producción han ido en aumento ya que algunas de las tecnologías aplicadas a este campo son: • Sistemas sensoriales • Maquinas CNC (control numérico computarizado) • Robots industriales • Sistemas de almacenamiento y transporte • Sistemas de comunicaciones • Equipos de control 43 3.3 SUPPLY CHAIN MANAGEMENT El papel de la cadena de suministro es tan importante en la industria 4.0 ya que al implementar tecnologías como por ejemplo la identificación por radiofrecuencia (RFID) que permite recolectar información del producto y tener las especificaciones de los estos directamente en un sistema mediante el uso de uncomputador, con una pequeña intervención humana o sin la ayuda de esta.59. Mediante el número de documentos sobre la aplicación de la inteligencia artificial a la cadena de suministro y como estos presentan una tendencia creciente año tras año, demuestra la importancia de la inteligencia artificial en la cadena de suministro. ver figura 7 Figura 7documentos por año sobre la cadena de suministro y la IA Fuente. Analyze search results from Scopus. De la figura 7 se observa la tendencia creciente desde el año 2017 hasta 2020 de los documentos sobre la cadena de suministro y sus aplicaciones de la inteligencia artificial. 59 abr. What is RFID and how Does RFID Work? [en línea]. Bogotá: Editor [citado 3 mayo 2021]. Disponible en Internet: https://www.abr.com/what-is-rfid-how-does-rfid-work/ 44 3.4 INGENIERÍA DE MÉTODOS El estudio de tiempos es una herramienta que sirve para conocer cómo se va a incorporar un elemento humano (trabajador) a un proceso de producción industrial, por ende, medir y analizar el tiempo que se demora el trabajador realizando una tarea es fundamental para optimizar y mejorar el tiempo total de la producción, es por eso por lo que la implementación de herramientas de la industria 4.0 que tienen como base la inteligencia artificial ayudan a optimizar y gestionar de mejor forma esta tarea. Como muestra la figura 8 el número de documentos que hablan sobre la ingeniería de métodos y como esta utiliza la IA año tras año y va en tendencia creciente. Figura 8 documentos por año sobre la ingeniería de métodos y la IA Fuente. Analyze search results from Scopus. 45 3.5 ADMINISTRACIÓN En la actualidad de la ingeniería industrial la administración es un campo donde la gran parte de los profesionales se desempeña, es importante resaltar que la gestión de proyectos es una disciplina que abarca la organización, el planteamiento, la motivación, y el control de los recursos con el fin de lograr los objetivos propuestos para lograr el éxito de los proyectos dentro de las organizaciones.60 En la figura 8 se observa una tendencia normal en la implementación de la IA en la gestión de proyectos año por año gracias al número de documentos que hablan sobre este tema, existe una brecha desde el año 2010 a 2012 ya que en este periodo de tiempo se empieza a hablar de industria 4.0 por ende los siguientes años el número de estudios es mayor, ya que se empieza a ver la administración enfocada en la industria 4.0 como un factor clave. Fuente. Analyze search results from Scopus. 60 ppmanagement. ¿QUE ES EL PROJECT MANAGEMENT? [en línea]. Bogotá: Editor [citado 2 MAYO 2021]. Disponible en Internet: https://www.pmmlearning.com/project-management/ Figura 9 documentos por año sobre project management y la IA 46 4 CONCLUSIONES La evidencia que se presentó anteriormente demuestra que, para conocer los aspectos básicos en la aplicación de la inteligencia artificial es necesario comprender la industria 4.0 desde sus enfoques básicos ya que estos ayudan a ampliar el concepto de la cuarta revolución industrial, asimismo el uso de las herramientas tecnológicas que proporciono esta cuarta revolución demostró que aspectos como la adaptabilidad y la capacidad para optimización son claves para la digitalización y conexión de las partes interesadas de la industria que antes no estaban conectadas, es por eso que el uso de la inteligencia artificial es un factor clave en la industria. Asimismo, los beneficios de adoptar e invertir capital en estas tecnologías, es que las empresas no solo son más eficientes, sino que su presencia en el mercado será mayor, véase cuadro 2 donde se puede observar que Google es una de las empresas líderes en el uso y el desarrollo de la IA esto la ha convertido en la gran corporación que es hoy en día. Es por eso qué, si se conocen los aspectos fundamentales de la inteligencia artificial como los que se presentaron en el segundo capítulo, se puede entender la importancia y la necesidad de que las organizaciones implementen estas tecnologías para que puedan tener una mejora continua, lo que lo hace más competitivos en la industria. La inteligencia artificial es una herramienta tan versátil que se puede adaptar a cualquier tipo de ciencia o campo laboral, ya que donde se implementa se va a conseguir una mejora instantánea lo que incrementa su uso en la industria. Se dio a conocer que de las principales ramas de la ingeniería industrial las que más utilizan la IA están: la calidad, producción, ingeniería de métodos, cadena de suministros y la administración. Gracias al número de documentos por año que tratan sobre este tema se pudo determinar que estas ramas son las que más utilizan la IA. Se encontró una disminución importante en la publicación de artículos en el año 2020, esto se debe esencial mente a la pandemia del COVID 19 que detuvo los estudios realizados en ese año. 47 5 RECOMENDACIONES. El manejo de las tecnologías de la información en la industria 4.0 requiere que los profesionales se capaciten y adquieran habilidades en el manejo de estas, ya que son la clave para el futuro de la industria. Es por eso por lo que desde la universidad se debe enseñar el uso de estas tecnologías mediante el aprendizaje para que así los estudiantes adquieran las habilidades y el conocimiento necesario para el manejo de estas herramientas, después de todo el profesional egresado podrá tener mejores posibilidades de obtener un buen empleo. Como posible tema de investigación se puede indagar sobre el papel de desarrollarla el ser humano dentro de una industria inteligente, ya que con el uso de las tecnologías de la IA se realizarán todos los procesos de forma automatizada, computarizada y con mínima intervención humana. Es necesario definir los límites éticos en la aplicación y uso de la inteligencia artificial ya que si esta se sale de control no solo afectaría todo un sistema conectado entre sí, sino que se podría ver afectado el ser humano. Este trabajo de investigación tiene como finalidad ser de utilidad en el desarrollo de futuros proyectos de investigación sobre la IA en la industria, ya que en la universidad no se cuenta con suficientes semilleros de investigación dedicados a la inteligencia artificial. 48 BIBLIOGRAFÍA. A. B. y Gambao. Sistemas de producción automatizados. Madrid, Spain. Dextra Editorial. (2014). Pág. 9 abr. What is RFID and how Does RFID Work? [en línea]. Bogotá: Editor [citado 3 mayo 2021]. Disponible en Internet: https://www.abr.com/what-is-rfid-how-does-rfid-work/ ALLAUCA, Fajardo. Diseño y construcción de un robot puma con un sistema de simulación en tiempo real. Ecuador: Universidad de Las Fuerzas Armadas de Ecuador. Facultad de Ingeniería mecatrónica. Trabajo de grado, 2019, p. 9 Avansis. Que es la robótica industrial: tecnología clave en la automatización industrial [en línea]. Madrid, España: Editor [citado 29 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://www.avansis.es/industria-4-0/robotica- industrial/#Que_son_los_robots_industriales Balbas, Alexandra: Domínguez, Manuela. Revista Iberoamericana de Ingeniería Mecánica. Vol. 23, N.º 2, pp. 89-101, 2019 Benítez, R. Inteligencia artificial avanzada. Barcelona, Spain. Editorial UOC. (2014). Pág. 14 Barrio Andrés, M. Internet de las cosas. Madrid, Editorial Reus. (2018). Pág. 19 Castillo Romero, J. A. Big data. IFCT128PO. IC Editorial. (2019). Pág. 28-29 BCG. 15 YEARS THE MOST INNOVATE COMPANIES. [en línea]. Bogotá. Editor [citado 21 abril 2021]. Disponible en Internet: https://www.bcg.com/publications/most-innovative-companies-historical-rankings colombiatic. De la primera revolución industrial a la industria 4.0 [en línea]. Bogotá: Editor [citado 9 marzo 2021]. Disponible en Internet: https://colombiatic.mintic.gov.co/679/articles-124767_recurso_3.pdf
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