Innovación en la industria metalmecánica: 2019 y el hito digital

La puerta de acceso a la digitalización se abrió desde hace muchos años con la llegada de los sistemas CNC y la ayuda de la programación de software para la producción. Con estas bases, y con la maduración de tecnologías de comunicación entre dispositivos y máquinas, el incremento de la oferta juega un rol clave para hacer más accesibles los sistemas digitales y las innovaciones en nuevos productos están girando en torno a esta tendencia. Los early adopters ya empezaron. La masificación está comenzando su proceso.

 

Fue en 2011, durante el desarrollo de la feria de Hannover, en Alemania, cuando se pronunció por primera vez el concepto 4.0 para trazar el camino hacia la reorganización de los medios de producción y establecerlos bajo una plataforma completamente digital. Desde entonces, a menos de 10 años, se ha convertido probablemente en uno de los vocablos más pronunciados en la manufactura en el mundo y considera un cúmulo de tecnologías nuevas (y ya existentes) relacionadas con la generación de procesos más eficientes y encaminados a un solo objetivo: desarrollar fábricas inteligentes.

El gran hito es sin duda el de la digitalización, aunque a su alrededor circundan otros conceptos relacionados y tecnologías que podrían ser disruptivas en el futuro pero que, sin duda, ahora se extienden sobre el lienzo de una “cuarta era industrial” ya palpable pero todavía lejos de establecerse en su totalidad.

De hecho, más allá de la actividad industrial y de la manufactura, el concepto 4.0 se está enarbolando como una iniciativa de modernización. Ejemplo de ello es el gobierno brasileño que, durante la celebración de la feria industrial Feimec, realizada en São Paulo, presentó la iniciativa Brasil IoT que supone a la tecnología como un facilitador y generador de bienestar para la sociedad. Marcelo Knorich Zuffo, investigador y futurólogo de la Universidad de São Paulo, explicó que la economía brasileña, tras su ya prolongada crisis, está buscando mecanismos para convertirse nuevamente en una potencia competitiva. “Por ello se desarrolló un plan nacional de Internet de las Cosas (IoT), dedicado a crear un desarrollo social amplio en Brasil”.

Knorich considera que (tras lo observado al visitar varios países) el concepto 4.0 es un modelo robusto que en el país carioca podrían llevar más allá de la manufactura, pues allí cuentan con otras competencias, como la industria agroalimentaria. “En Brasil se busca lograr seguridad alimenticia, preservar los bosques y asegurar el desarrollo industrial, pero ello se logrará con tecnologías o conceptos del tipo 4.0”.

Pero es importante reconocer que el anuncio en Hannover fue más que nada un fundamento estratégico eminentemente industrial que está unificando gradualmente el desarrollo de tecnologías relacionadas con la digitalización de la manufactura, un proceso que comenzó ya desde finales del siglo XX con fundamentos tales como la producción Justo a Tiempo y Justo en Secuencia (ampliamente empleados en la industria automotriz), así como con la incorporación de sistemas de computación (como MRP y ERP) para el control y seguimiento de iniciativas lean (manufactura esbelta) y del aseguramiento de la calidad.

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Digitalización

En un estudio del Instituto Fraunhofer, organismo orientado a la investigación en una gran diversidad de campos industriales, se expone que los sistemas de manufactura estarán cada vez más enfocados a la optimización con base en plataformas de datos digitales. Asegura que las pistas de dispositivos residirán en bases de datos que descansarán en nubes de información, desde donde se ordenarán y extraerán datos específicos para ser utilizados en cuadros de análisis o incluso en esquemas de simulación.

Según lo expuesto por dicho estudio, en algunas industrias como la automotriz y farmacéutica, se han registrado ganancias de hasta 10 % en la eficiencia operacional (OEE). Entre los beneficios obtenidos destacan la evaluación permanente de operaciones con mal funcionamiento basados en análisis de causa raíz, el análisis de las características de cuellos de botella dinámicos y la observación de patrones anómalos.

Pablo Mayer, investigador del Instituto Fraunhofer sostuvo, en entrevista con Metalmecánica Internacional, que uno de los principales retos en las empresas de manufactura para desplegar estas iniciativas es por ahora juntar diferentes áreas en el piso de producción, por ejemplo, expertos en procesos con especialistas en sistemas digitales o tecnologías de la información , pues suelen tener una formación diferente y una óptica muy distinta.

Pero agrega que al lograrlo se dispondrá de herramientas poderosas para las empresas, pues estos nuevos medios de producción consideran la inclusión de modelos matemáticos, inteligencia artificial y recolección de datos con programas de software y equipos PLC, entre otros sistemas diversos, todos interconectados. “Las máquinas podrán operar con sistemas OPC cada vez más en el futuro, lo que nos permitirá optimizar la producción de manera incremental, en la medida que tengas más acceso a los datos”, aseguró Mayer.

Datos del Instituto Fraunhofer, relacionados con un caso de estudio de la empresa Freudenberg, sugieren un potencial oculto de tiempo ciclo por máquina de entre 5 y 10 %, lo que se traduce en una gran oportunidad para mejorar los tiempos y la eficiencia de los procesos una vez desplegados sobre procesos digitales.

Mayer advierte que las empresas deben mantenerse abiertas a la incorporación de nuevas tecnologías, así como a la absorción y generación de ideas relacionadas con el despliegue de fábricas inteligentes.

En el futuro “las empresas tendrán que estar más y más abiertas a la digitalización y a desarrollar la capacidad de emprender a partir de esta”.

En el sector metalmecánico, el Instituto Fraunhofer ha estado muy activo. Un ejemplo es la alianza realizada con la firma Ericsson y GF Machining que tiene como finalidad crear en conjunto soluciones de manufactura de última generación, y que fue dada a conocer en la pasada feria IMTS.

Según un informe del Instituto, los tres organismos están desarrollando soluciones de monitoreo en tiempo real basados en tecnología de comunicación 5G, lo que permitirá unir plataformas metalmecánicas y de telecomunicaciones para dar seguimiento a operaciones tales como fresado de alta velocidad, en las que la vibración excesiva puede causar defectos superficiales y, con ello, retrabajos y desperdicios en caso de no detectarse a tiempo. Según los cálculos estimados por el instituto alemán, el uso de tecnologías 5G en procesos de monitoreo, puede generar ahorros de hasta USD 30 millones en una sola empresa.

Sin duda, una de las novedades en la industria metalmecánica es la incorporación de empresas relacionadas con el campo de las telecomunicaciones y tecnologías de la información, como el caso mencionado de Ericsson y su trabajo en conjunto con GF Machining.

Otros casos similares, los cuales también tuvieron presencia en IMTS, son la alemana SAP, una empresa dominante en el mercado ERP (software de gestión de recursos empresariales) y la estadounidense Cisco, líder en tecnología de redes. Estos nuevos jugadores en la metalmecánica dejan cada vez más claro el surgimiento de una manufactura basada en datos, en la comunicación y en la generación de información, misma que tendrá como objetivo final, el despliegue de conceptos de inteligencia artificial y de sistemas ciberfísicos.

Comunicación

Uno de los primeros frutos de la digitalización es la enorme capacidad de comunicación. Daniel Martínez, ingeniero del área aeroespacial de Siemens Industry, explica en entrevista con Metalmecánica Internacional que, desde una óptica básica, la digitalización permite establecer procesos rápidos y ágiles de captura de datos.

En cuanto a las máquinas herramienta, hay muchas oportunidades de captar información del proceso de maquinado, algunos de ellos secundarios como el número de piezas y de áreas periféricas del proceso, y la virtualización de la máquina herramienta y del proceso mismo; así como aspectos generales como quién está a cargo de un proceso determinado, en qué máquina y hasta conocer si las condiciones de operación son óptimas”, explica Martínez.

Martínez agrega que desde que se inventaron las máquinas herramienta que utilizan computadoras hay una serie de operaciones internas al control que tienen que ver con el cálculo de variables. “En tiempos anteriores, esos datos o valores de las variables simplemente se dejaban ir. Ahora hacemos una captura de esa información y el truco está en saber qué hacer con dicha información”.

El representante de Siemens añade que existen una serie de interfases, como el caso de Mindsphere, de Siemens, un servicio en la nube que permite conectar un dispositivo CNC para que, a través de internet, se acceda a plataformas de nubes de información para capturar aspectos como qué tan rápido se está corriendo en una máquina, o si la operación ha sido detenida y por qué razón. “Cada manufactura tiene una necesidad diferente. Si el control genera la variable, lo capturamos y se puede utilizar después. Además, como reside en la nube, nos podemos regresar un año y hacer un análisis histórico con temas como utilización, desgaste, obsolescencia, etcétera”.

Una muestra más de estas nuevas capacidades de comunicación destinadas al seguimiento de los procesos productivos es la tecnología Field, de Fanuc, que se presentó con una solución de monitoreo en tiempo real durante el evento de IMTS.

Durante la feria, Hugo Gómez, ingeniero de ventas de Fanuc, mostró en un recorrido virtual en un monitor de más de 40 pulgadas que los expositores y las máquinas presentadas en IMTS, entrelazadas en el sistema Fanuc, podían ser observadas en vivo con un clic, desplegando detalles de la operación.

Al abrir una ventana con cuadros de diálogo fue posible ver, por ejemplo, una máquina Okuma enlazada con MTConnect, desde donde se emitían, de manera visual, indicadores y gráficas de funcionamiento tales como alarmas, velocidad del husillo y velocidades rotacionales. “Cualquier máquina o equipo con OPC o MTConnect puede ser observada desde este sistema central de control y monitoreo”, aseguró Gómez.

Otra de las capacidades de las tecnologías de monitoreo es la asistencia remota, tal como mostraron, también en IMTS, ejecutivos del fabricante de máquinas herramienta Gehring. Abraham Pizano, gerente en México de esta firma, explicó que existe una tendencia fuerte en cuanto a la oferta de servicio técnico remoto. En nuestro caso tenemos la tecnología Gehring box, un dispositivo que se añade a una máquina y permite que uno de nuestros ingenieros de servicio explore la máquina de manera virtual, a distancia, mediante el acceso a controles, con lo que puede guiar al usuario a través de los componentes y realizar un diagnóstico en tiempo real

Para lograr que los esfuerzos por establecer sistemas de comunicación en los equipos metalmecánicos fraguen completamente, las empresas alemanas están trabajando en el desarrollo de una plataforma que homologue los enlaces para las operaciones de las plantas metalmecánicas. De hecho, recientemente se dio a conocer en la feria AMB, en la ciudad alemana de Stuttgart, la Interfaz Universal para Máquinas Herramienta (UMATI).

Presentada por la Asociación Alemana de Fabricantes de Máquinas Herramienta (VDW), la UMATI es el producto del trabajo conjunto de varias firmas germanas de alta tecnología. Durante la AMB se mostraron 21 casos de uso desarrollados por un equipo de ocho proveedores de máquinas herramienta y de fabricantes de sistemas de control. En dichas soluciones destacaron las conexiones con sistemas de control para tornos verticales, máquinas transfer rotativas, máquinas de fresado de engranes y rectificado, así como un centro de maquinado, según información proporcionada por la VDW.

Pero tal vez lo más importante es que también están en conversaciones para permitir la creación de un puente que conecte la UMATI con MTConnect, la plataforma de comunicación propuesta por la Asociación de Tecnología para Manufactura (AMT) de Estados Unidos.

La idea, tanto de europeos como de estadounidenses, es desarrollar verdaderamente un estándar que pueda incorporar máquinas de cualquier fabricante del mundo.

Carlos Mortera, director para América Latina de la AMT, sostiene que este organismo lanzó una iniciativa de conectividad desde 2006, esfuerzo que dio origen al estandar MTConnect, mismo que ha evolucionado con el tiempo y ha sido cada vez más asimilado por las empresas de manufactura. El directivo indica que ha habido diferentes versiones de dicho protocolo, pero son los desarrollos más recientes los que ya permiten incorporar máquinas legacy (base instalada con cierta antigüedad, pero con sistemas CNC) a la plataforma. “La AMT está muy involucrada con los esfuerzos de estandarización de comunicación. Los grandes fabricantes de los adaptadores para la interconectividad de las máquinas son asociados nuestros, por lo que vemos un buen futuro para la MTConnect”.

La idea, tanto de europeos como de estadounidenses, es desarrollar verdaderamente un estándar que pueda incorporar máquinas de cualquier fabricante del mundo. Es por ello que la Asociacion Europea de Máquinas Herramienta (Cecimo) ya está en pláticas no solo con sus homólogos estadounidenses, sino con los asiáticos también, con representantes de los principales fabricantes de países como Japón, China y Corea del Sur.

En adición a lo anterior, empresas dedicadas a la automatización y conocidas en el ramo de la instrumentación y control, también están incrementando su oferta para el sector metalmecánico. La firma Omron, por ejemplo, que estuvo presente en IMTS, dio a conocer nuevos controladores multi ejes (el modelo CK3M) con los cuales se prevé mayor precisión para las máquinas. Los nuevos controles de Omron se enfocan en el control de movimiento, posicionamiento y del trazado de rutas en los centros de maquinado mediante el uso de encoders, motores y otros dispositivos de alta resolución.

Esta incorporación de sensores y dispositivos de control en los talleres metalmecánicos está abriendo paso a una nueva era de automatización en la manufactura.

Los ingenieros de Omron consideran que con este tipo de tecnologías los fabricantes de maquinaria ya no tendrán que desarrollar algoritmos complejos para integrar controles separados para cada dispositivo, pues todo se podrá centralizar en un solo controlador. Estos dispositivos sin duda están orientados a reducir el costo de diseño de nuevos equipos y, sobre todo, facilitar su enlace con las plataformas de transmisión de datos.

Esta incorporación de sensores y dispositivos de control en los talleres metalmecánicos está abriendo paso a una nueva era de automatización en la manufactura. Datos de la firma consultora IDC advierten de un avance acelerado de la Transformación Digital en las empresas. El texto advierte que las empresas empezarán a convertir sus datos en un valor clave para sus procesos y para el negocio en su conjunto.

La robótica, por ejemplo, destaca entre las tecnologías con mayor crecimiento en el futuro inmediato. Durante IMTS 2018, por ejemplo, la presentación de robots y sistemas de alimentación automatizados fue la constante en los estands de las empresas participantes. La tendencia a incorporar equipo periférico (lo que incluye, por ejemplo, robots colaborativos) para agregar procesos automatizados seguramente redefinirá el panorama de los talleres de producción en los próximos años.

Los resultados de los estudios de la firma de Boston prevén que, en 2021, más de 40 % de las empresas manufactureras tendrán iniciativas encaminadas a la transformación digital, mientras que para 2023, más de la mitad de las empresas contarán con presupuestos dedicados solo a esta migración tecnológica. Además, para 2024, más de 50 % de los fabricantes trabajará con gemelos digitales para asegurar la confiabilidad de la implementación de sus procesos.

Tony Campos, gerente de soporte técnico de la empresa Methods Machine Tools, aseguró que los clientes están abandonando la idea de comprar equipos por separado, es decir, “la máquina por un lado, las herramientas por otro y los periféricos por el otro”. El mercado se ha movido hacia la automatización. No solamente por el costo de mano de obra sino por la eficiencia. Antes se temía que los robots reemplazaran a los humanos, pero en realidad se están dando cuenta que lo que está ocurriendo es que el perfil de los operadores es el que está cambiando , manifestó.

Son muchas las plataformas de integración las que se están generando para incorporar sistemas robóticos con los centros de maquinado. Una de ellas fue la presentada por Fanuc en IMTS bajo el concepto Quick Sample Connection que, a decir de Hugo Gómez, ingeniero de ventas de la empresa, está pensado para programar de manera rápida pequeños robots con equipos de maquinado. Según Gómez, las empresas en América Latina están buscando ya este tipo de soluciones, por lo que esperan que las ventas de robots repunten muy rápido.

La transformación digital en la metalmecánica es apenas el primer paso de una serie de cambios disruptivos que ya están en proceso de gestación. El acceso a nuevas tecnologías de la información incrustadas en las máquinas abrirá la puerta a conceptos de inteligencia artificial aplicada a medios de producción. El desarrollo de aplicaciones comunes hoy en el uso personal, como el reconocimiento de voz, empiezan a emplearse en las máquinas herramienta.

Ese es el caso de Athena, un software presentado en IMTS que permitirá que los operadores interactuen con las máquinas mediante diálogos de voz. Este software es somo el Siri de los centros de maquinado, y ofrece vías interactivas entre el hombre y la máquina (un HMI hablado).

La transformación digital en la metalmecánica es apenas el primer paso de una serie de cambios disruptivos que ya están en proceso de gestación.

Los dispositivos de automatización, al ser alimentados con datos y análisis, podrán generar modelos de inteligencia artificial y, a veces, al diseño de equipos o sistemas ciberfísicos. Según datos de la Asociación para la Automatización Avanzada (A3), solo en México se vendieton más de 3,850 robots (más de 70 % destinados a la fabricación de autopartes) en 2017, cifras que podrían ser similares en 2018, lo que indica que la apuesta hacia la digitalización y la automatización está hecha.

La optimización a partir de sistemas tecnológicos será la pauta que marque a las plantas metalmecánicas durante los próximos años, como un primer paso hacia un proceso de reconversión tecnológica que, bien podríamos decir, ya no es opción, sino una ineludible necesidad. Y así lo estaremos documentando en esta publicación.

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