Paso a paso para la implementación de la industria 4.0 en su taller

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El presente artículo es el primero de una serie que comienza en esta edición de MMI y que lo llevará por los diferentes aspectos a tener en cuenta para ingresar al mundo de la digitalización de la producción. 

 

¿Qué es la Industria 4.0?

En pocas palabras: la interconexión directa entre hombres, máquinas y productos.

¿Qué ventajas se obtienen al entrar a la Industria 4.0?

El concepto de Industria 4.0 comprende las redes inteligentes entre máquinas y procesos en la industria y se soporta en el desarrollo de las tecnologías de la información y la comunicación. Un taller puede utilizar estas redes inteligentes de muchas maneras, entre ellas pueden estar:

  • Flexibilización de la producción: la producción de una parte requiere el trabajo parcial de muchos procesos intermedios. Incluso el trabajo de otras empresas que prestan servicios especializados (tratamientos térmicos, suministro de herramientas, patrones, etcétera). En una red digital, estos pasos pueden  coordinarse de la mejor manera posible y la utilización de las máquinas y demás recursos puede ser mejor planificada.
  • Fábrica convertible: las líneas de producción se construirán en módulos en el futuro. Se pueden ensamblar rápidamente para una tarea. Esto mejora la productividad y la e ciencia, se pueden producir partes individualizadas en pequeñas cantidades a precios asequibles.
  • Soluciones centradas en el cliente: el consumidor y el productor se acercan más. Los propios clientes pueden hacer parte del diseño de sus productos de acuerdo con sus necesidades específicas. Cada vez habrá menos restricción en cuanto a la fijación de parámetros para la producción con confiable de una parte. Al mismo tiempo, los productos inteligentes que ya se entregan y están en uso pueden enviar datos al productor. Esto hace parte del concepto de sensórica embebida. Con los datos de uso, el productor puede mejorar sus productos de manera continua y ofrecer al cliente servicios novedosos.
  • Logística optimizada: en el caso de cadenas de suministro, existen algoritmos que calculan las rutas de entrega ideales dado que las máquinas, las herramientas y los sistemas periféricos informan de forma independiente cuando necesitan material nuevo, repuestos, entre otros.
  • Convertir los datos en información: los datos sobre el curso de la producción y la condición de un producto durante y después de su fabricación se juntan y se evalúan. Genera transparencia en la producción. El análisis de los datos proporciona orientación sobre cómo hacer que la producción y las piezas mismas sean más eficientes. El uso de sistemas de aprendizaje automático (machine learning) permite analizar el efecto de muchas variables de proceso simultáneamente.
    Más importante aún, es la base de modelos y servicios comerciales completamente nuevos. Por ejemplo, los fabricantes de moldes y herramental pueden ofrecer a sus clientes “mantenimiento predictivo”: los moldes pueden estar equipados con sensores que envían continuamente datos sobre su estado.
    El desgaste puede detectarse y corregirse antes de que conduzca a la falla del molde y el fabricante puede ir preparando las piezas de repuesto con la suficiente planeación. Ejemplos como este se pueden convertir en nuevos servicios.
  • Economía circular eficiente en recursos: los productos fabricados se consideran basados en datos durante todo su ciclo de vida. Incluso desde el diseño, se determina en qué forma se pueden reciclar los materiales.
    La sensorización de todo el proceso productivo incluye el monitoreo del consumo energético en cada paso. De esta manera se determina cómo optimizar los procesos e incluso justificar la manera de encontrar fuentes energéticas alternativas.

¿A dónde va todo esto desde el punto de vista productivo?

La interconexión de productos, hombre y máquinas incrementa la eficiencia, baja costos y ahorra al mismo tiempo recursos. El monitoreo inteligente y la transparencia de los procesos le permite mantener una mirada constante sobre la producción a las empresas para que puedan reaccionar de manera rápida y flexible
a los cambios del mercado.

En el caso, por ejemplo, de que un proveedor incumpla o haya escasez de alguna materia prima, la producción y las entregas se pueden acomodar inmediatamente. Si un cliente desea una pieza única, el proceso “sabrá” exactamente los pasos necesarios para que esta se lleve a cabo y se comunica con las máquinas necesarias para su fabricación, planeando de la manera más eficiente su cadena productiva.

El diagrama ofrecido en las siguientes dos páginas le ofrece los pasos básicos para implementar la Industria 4.0 comenzando con el fundamento de todo este movimiento: tener datos.

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1

Medir y documentar de manera organizada y frecuente todos los parámetros utilizados para cada proceso. Comenzar por aquellos parámetros que nos indican las mismas máquinas, como RPM de los husillos, avances, profundidades de corte, presión del líquido refrigerante. Detalles de las herramientas usadas, radios de filos de corte.

 
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Poco a poco, se irá generando la necesidad de conocer más detalles. Potencias, consumo energético, vibraciones y fuerzas de corte. Se comenzará a trabajar también con inventarios automatizados basados en códigos QR y etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID). Para este momento ya la cantidad de datos que se maneja es tan alta que estos deben ser transmitidos y almacenados en una base de datos central que permita su análisis..

 
3

Una vez se ha montado una red de toma y almacenamiento de datos es importante comenzar con la capacidad de monitorear en tiempo real y tener la capacidad de analizar esta información en cualquier lugar. Datos de OEE, disponibilidad de máquinas, envío de alarmas de mantenimiento, requerimientos de compras. La toma de decisiones empieza a basarse en información objetiva y actualizada.

 
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La información permitirá generar modelos estadísticos y físicos que ayuden a predecir el funcionamiento de los procesos basados en los datos tomados por los sensores. De esta manera se puede operar de manera óptima, no solo desde el punto de vista de “piezas por hora”, sino energético, desde el punto de vista de personal y disponibilidad de recursos.

 
5

El paso final es el uso de todas las herramientas anteriores para generar un control automático robusto de los sistemas de producción, donde pueden estar incluidos algoritmos de inteligencia artificial, que permitan tomar decisiones a las máquinas, que interconectadas, tomarán decisiones automáticamente sobre la mejor forma de llevar a cabo los procesos: El fin último de la Industria 4.0.

Visión de la Fundación OPC* sobre la Industria 4.0

La Cuarta Revolución Industrial está impulsada por las tecnologías modernas de la información y la comunicación, quienes tienen cada vez más influencia en la automatización industrial. En los sistemas compartidos e inteligentes se mezclan sistemas físicos, virtuales y datos digitales en los llamados sistemas ciber-físicos (CBS). Estos CPS están conectados y generan objetos “inteligentes” que se organizan para formar “fábricas inteligentes”. Gracias al poder de cómputo cada vez mayor y a la capacidad de las comunicaciones, se pueden organizar unidades de producción automáticamente. Estas contienen toda la información necesaria, o son capaces de conseguirla por sí mismas. Los sistemas interconectados y autónomos se auto-optimizan. Son expandibles fácilmente sin necesidad de configuraciones manuales. Durante su tiempo de producción y de vida útil como producto y a través de toda la cadena de extracción de valor se toman datos de su estado actual. Este tipo de productos “inteligentes” interconectados reaccionan a condiciones internas y externas gracias a comportamientos auto-aprendidos.

*La fundación OPC es la creadora del standard de comunicaciones entre máquinas OPC Unified Architecture (OPC-UA), www.opcfoundation.org

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