La industria 4.0, definitivamente aparece como un cambio trascendental caracterizado por la introducción de las tecnologías de la información (ITs), adquisición y comunicación de datos y telecomunicaciones móviles para el desarrollo de producto, mejora en un proceso o flujo de información constante. Este movimiento, ha originado que se adopten herramientas digitales para obtener sistemas de monitoreo en tiempo real, así como la gestión y almacenamiento de un pool de datos que permitan un control, análisis inteligente de tendencias para un aprendizaje y toma correcta decisiones reconvirtiendo una industria alimentaria más eficiente y competitiva.

Si revisamos la historia, con la aparición de la revolución industrial, la economía y la disponibilidad de la tecnología se ha promovido una serie de transformaciones disruptivas en diferentes sectores industriales.  Brevemente, en la llamada primera revolución industrial, ubicada en los siglos XVIII al XIX, se caracterizó por la introducción de instalaciones de fabricación mecánica utilizando agua y vapor. La segunda revolución industrial, siglos XIX al XX, introdujo la producción en masa impulsada por electricidad. Posteriormente, la tercera revolución industrial, entre los años 1960 y 1990, se diferenció por impulsar la electrónica y las tecnologías de la información para lograr una mayor automatización en los procesos de producción. Estas tres revoluciones sucesivas se les conoce como Industria 1.0, Industria 2.0 e Industria 3.0, respectivamente (Devezas et al., 2017). Finalmente, nos encontramos ante una llamada cuarta revolución industrial, cuya característica se basa en el uso de sistemas ciber-físicos, es decir, la vinculación de objetos reales y personas con procesamiento de información/objetos virtuales a través de redes de información (Internet de las cosas, impresión 3D, inteligencia artificial, bioingeniería, computación en la nube, etc.) uso de la nanotecnología y de nuevos materiales eficientes e inteligentes. La industria 4.0 puede definirse como la aplicación de las tecnologías de la información y comunicación a la producción industrial (digitalización de los procesos de producción), de forma tal que los procesos se vuelven inteligentes (Bartodziej, 2017).

Por otro lado, la industria de alimentos y bebidas, que se encuentra en continuo desarrollo, también presenta una serie de retos interesantes para el sector. Por ejemplo, para el año 2050, la población mundial se estima en 9,100 millones de personas, un 34 % superior a la de hoy en día (FAO, 2019), con una demanda de mercado cada vez especial y más exigente. Las tendencias más importantes, apuntan desde productos más especializados y personalizados (la salud juega un papel decisivo en la selección) hasta una diversificación en el uso de materiales que no dañen al medio ambiente; con regulaciones más exigentes y una cadena productiva ágil, por mencionar algunos de ellos.

Hoy en día, con la actual pandemia que vivimos, hemos tenido que cambiar las formas de pensamiento y de trabajo en todos los niveles, esta crisis nos ha llevado a reflexionar sobre las estrategias de desarrollos tecnológicos actuales y las que por necesidad aparecerán para construir caminos futuros totalmente diferentes a los proyectados. Es posible que, se minimize el contacto humano y se implementen más rápidamente sistemas de automatización o herramientas digitales de la Industria 4.0. Aunque algunos países quizá, no estamos totalmente preparados para realizar trabajos automatizados, la tendencia es inconfundible y seguramente irreversible. 

Cambio en el modelo de negocio.

De esta forma, es necesario buscar alternativas de mejoras disruptivas en los modelos de negocio y en diferentes áreas de los procesos productivos de la Industria Alimentaria, donde las herramientas de la Industria 4.0 pudieran ser de gran impacto competitivo. Por ejemplo, almacenamiento de variables de un proceso requisito obligado para un plan HACCP, entrega de productos alimenticios a domicilio, compras on-line, detalle o información del producto en el dispositivo móvil, monitoreo de la necesidad y consumo de un producto personalizado, y la interacción directa de los usuarios, que algunas empresas ya están implementando para identificar el comportamiento del consumidor y, por ende, la posibilidad de tener control de toda la cadena de valor.

Sin embargo, la modernización de la industria agro-alimentaria para mejorar su competitividad y la calidad en sus productos y servicio al cliente, puede a la par, iniciar desde adentro a través de la implementación de procesos predictivos, la búsqueda de mejoras en la calidad del producto, lograr una producción auto-gestionable, la comunicación entre los equipos y el personal de producción para minimizar el desperdicio y mejorar la toma de desiciones.

Hasta el momento, en muchas pequeñas y medianas empresas de alimentos, la dinámica de trabajo en una planta de producción es la generación y abastecimiento de datos donde hay una rutina de captar información generada el cualquier punto del proceso para abastecer la siguiente etapa, lo cual muchas veces la realiza un operador de forma ineficiente, analógica y manual. Para la obtención de datos confiables, es necesario identificar primero las variables de control de proceso y seleccionar un tipo adecuado de sensores para esas variables de control en planta. Los sensores y actuadores son la primera fuente de información sobre el proceso que después será analizada y utilizada siguiendo un patrón de la conectividad inteligente de acuerdo a la pirámide de automatización. Es decir, la información de los sensores se integra en un primer nivel de control, que involucra máquinas y sistemas programables de producción (PLC), con monitoreo y control (usando software como SCADA), seguido de un nivel operacional, donde la planificación, gestión de calidad y de la eficiencia de los equipos es medida por medio de un sistema MES (Manufacturing Execution System en inglés); y finalmente pasa a un nivel de gestión corporativa utilizando la planificación de recursos empresariales (ERP en inglés) en los procesos. Esto genera una transición transversal de la información obtenida hacia todos los niveles de una empresa.

Sensores, producción inteligente y eficiente.  

Como se mencionó, detrás de la adquisición de una señal y generación de datos se encuentran los sensores. Actualmente, ya los podemos encontrar diversos tamaños por lo que pueden ser fácilmente adaptables, pasando a ser tecnológica y económicamente asequibles. Con su uso, es posible monitorear el proceso industrial y es posible el almacenamiento de datos remotos en la nube. Algunos proveedores ponen a disposición herramientas analíticas para procesar la información que se adquiere en tiempo real. La integración de sensores de máquinas, software y sistemas de almacenamiento y cómputo en una nube, proporciona la generación de datos de alta calidad y confiables sobre el proceso. Se debe asegurar que la información obtenida no está fuera de la realidad, ya que, después será analizada y utilizada para la generación de modelos de predicción y posterior implementación en un sistema inteligente. Aquí es donde se pueden hacer uso de herramientas como Big data, Machine Learning, Business Intelligence, etc., con la finalidad de crear un ciclo de flujo de datos inteligente, a través de la recolección, análisis por un científico de datos y retroalimentación al equipo de control. Este proceso es de gran importancia pues es donde se puede extraer la información más valiosa del sistema para la toma de decisiones.

Existen beneficios de la implementación de una arquitectura 4.0 en una empresa agroalimentaria, dependiendo de la problemática a resolver. Por ejemplo, para algunas empresas es necesario asegurar que la calidad del producto sea consistente (muestreo y controles de calidad), también lo es el minimizar desperdicio de materias primas y productos que se puede demostrar mediante sistemas de monitoreo y control en línea, garantizar una liberación positiva del producto, controlar la calidad de las materias primas, reducir costos de operación de equipos o predecir fallas en un equipo, así como, mejorar los procesos industriales y optimizar parámetros de salida, o un almacenamiento de datos del proceso para cumplir con el plan HACCP, como bien se han identificado en una implementación de la Agro-Industria 4.0.

El recurso humano y los consumidores, claves para la reconversión flexible.

Por otro lado, en planta de proceso, la fuerza laboral por mucho tiempo se ha empleado para realizar trabajos cognitivos, complejos y en muchas ocasiones rutinario. De esta forma, uno de los principales retos a vencer camino a implementarse una industria 4.0, es el cambio de mentalidad en el personal, considerando que son el elemento clave que genera el valor. Una estrategia para este cambio, es necesaria cuando se necesita hacer una adaptación rápida (como nuestra actual situación de contingencia) de nuevos conceptos o herramientas desconocidos por el personal, como es el caso de acuñar los nombres de Agroindustria 4.0, Alimentos 4.0, Salud 4.0, etc., donde será necesario involucrar a todos los miembros de los diferentes departamentos y trabajar con herramientas o plataformas para cambiar la forma tradicional de trabajo en equipo, haciendo uso de las redes digitales de información y comunicación efectiva.

Definitivamente, las herramientas tecnológicas, tienen un enorme potencial para el desarrollo económico y social, pues teniendo todo un proceso monitoreado, controlado, supervisado inteligentemente e inter-conectado. Esta información ayudará a los operadores en el control de los sistemas de fabricación relacionados en las condiciones del tiempo real, contar con experiencias y productos cada vez más inteligentes, la trazabilidad del producto, el diseño colaborativo y la optimización de recursos. Recordar que, la parte más importante en todo esta re-conversión serán los consumidores que esperan productos cada vez más nutritivos, saludables, aceptables sensorialmente y con procesamiento mínimo, características principales a considerar.

Finalmente, es necesario contar con una estructura organizativa adecuada con modelos de trabajo incluyentes con asociaciones, gobierno y academia con el objetivo de compartir la estandarización tecnológica para impulsar los avances tecnológicos de este tipo, crear un ecosistema innovador e impulsar la formación de futuros profesionistas consolidando sus destrezas y habilidades

Actualmente, en CIATEJ subsede Noreste– ubicada en el parque PIIT– se está colaborando en la puesta a punto de una línea demostrativa piloto en una industria Agroalimentaria con un sistema experto para la medición y control en tiempo real de procesos para incrementar la productividad y lograr productos estandarizados de la mayor calidad, implementando las tecnologías, herramientas y sistemas efectivos para el monitoreo y control de las operaciones consideradas en la iniciativa Nuevo León 4.0.

Dra. Ángela Suárez Jacobo. Doctora en Ciencia de los Alimentos -Universidad Autónoma de Barcelona-Tecnologías tradicionales y emergentes para la conservación de la Calidad e Inocuidad de los alimentos. asuarez@ciatej.mx

Dr. Jorge Alberto García Fajardo. Doctor en Ciencias de los Agro-recursos-Instituto Nacional Politécnico de Toulouse- Especialista en procesos agroindustriales, extracción y separación de compuestos bioactivos. jgarcia@ciatej.mx

Referencias

Bartodziej, C. J. (2017). The Concept Industry 4.0. In The Concept Industry 4.0. Springer Fachmedien Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-16502-4

Devezas, T., Leitão, J., & Sarygulov, A. (2017). Industry 4.0: Entrepreneurship and Structural Change in the New Digital Landscape (Studies on Entrepreneurship, Structural Change and Industrial Dynamics) (T. Devezas, J. Leitão, & A. Sarygulov (eds.)). Springer Publishing Inc.

FAO. (2019). La agricultura mundial en la perspectiva del año 2050. http://www.fao.org/fileadmin/templates/wsfs/docs/Issues_papers/Issues_papers_SP/La_agricultura_mundial.pdf