Una prensa de conformado avanza hacia la Industria 4.0

La digitalización en la manufactura significará que las máquinas “inteligentes” aprenderán a comunicarse entre sí­ y a funcionar de forma autónoma; sin embargo, muchos fabricantes no están seguros de qué esperar. ¿Cómo funcionará esta nueva conectividad? y ¿qué beneficios traerá? En la pasada Hannover Messe, los investigadores del Instituto Fraunhofer respondieron estas preguntas con la ayuda de una prensa de conformado en miniatura y su gemelo digital.

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Máquinas Herramienta y Tecnologí­a de Formado IWU estuvieron en Hannover Messe presentando su concepto Máquina 4.0. En una demostración en vivo con una prensa de conformado en miniatura completamente operativa y su gemelo digital, mostraron cómo la fabricación puede ser exitosa con la digitalización. Con una altura de dos metros y un peso de 1,5 toneladas métricas, la prensa de moldeo operó a una fuerza de 15 toneladas métricas para perforar, troquelar en profundidad y cortar todo tipo de componentes. La digitalización aporta considerables ventajas a este tipo de mecanizado. “Proporciona una supervisión perfecta del proceso, la máquina y la herramienta en sí­”, explica el Dr. Tino Langer, director de división en Fraunhofer IWU. “Esto, a su vez, puede ofrecer aumentos sustanciales en la disponibilidad de la máquina y en la vida útil, así­ como una reducción significativa en los tiempos de configuración de la herramienta”.

Sensores virtuales y reales

Los sensores montados en varias partes de la prensa de conformado miden variables tales como fuerzas, trayectorias de mecanizado y tasas de expansión. En efecto, esto significa que la máquina se monitorea a sí­ misma. En lugar de analizarse por separado, como es habitual, estos datos son alimentados a un módulo de software con el nombre de Smart Stamp. Esto genera un gemelo digital de la prensa de conformado, es decir, un gemelo virtual, donde los datos se fusionan y se analizan. ¿La prensa está funcionando sin problemas? o ¿está el ariete, donde está montada la herramienta superior, ligeramente inclinada, de modo que la pieza de trabajo no se está formando correctamente o la herramienta se está desgastando más rápidamente?

“Los datos del sensor de fuentes discretas a menudo no son particularmente significativos”, dice Langer. “Pero la fusión de datos nos da una respuesta precisa a estas preguntas”.

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Varias tecnologí­as proporcionan a los operarios de la máquina datos relevantes sobre el proceso de producción. Esto incluye el uso de realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR), que proporcionan —a través de una tableta que se encuentra junto al módulo Máquina 4.0— una visión general intuitiva y en tiempo real de datos clave sobre el estado actual de la prensa de conformado.

Sin embargo, es impráctico montar sensores en algunas áreas de la prensa, ya sea por razones de inaccesibilidad o porque la instalación serí­a demasiado complicada y costosa. Esto puede significar brechas crí­ticas en los datos sobre el proceso o la maquinaria de producción. Pero aquí­, también, los investigadores de Fraunhofer han encontrado una solución: sensores virtuales, que explotan las lecturas proporcionadas por sensores reales montados en diferentes lugares de la máquina.

Sobre la base de estos datos, un algoritmo calcula la lectura que un sensor real habrí­a entregado, si se hubiera instalado en una ubicación relevante pero inaccesible. Este tipo de sensor virtual es muy bueno para representar el grado de flexión en el marco de la prensa, por ejemplo. “En el proyecto iMain mostramos que las lecturas calculadas con nuestro sensor virtual corresponden muy estrechamente con los de un sensor real”, dice Langer.

Pensando en cadenas de procesos

El concepto de Máquina 4.0 implica pensar en términos de una cadena de procesos. Con respecto a una prensa de conformado, esto significa primero analizar el material que se está procesando, ya que las propiedades tales como el espesor o la resistencia pueden variar. La segunda etapa es el conformado real del material en la prensa. Por último, un software de análisis de imágenes conocido como XEIDANA, que también fue desarrollado por Fraunhofer IWU, ejecuta varios controles de calidad en el componente final.

Verificamos las propiedades del material, los parámetros de conformado y otras propiedades relacionadas con la prensa, y la calidad del producto”, explica Langer. “Y en una fecha futura, queremos poder volver a enviar esta información a la unidad de control de la máquina”.

Varios fabricantes de la industria automotriz ya están utilizando elementos individuales del concepto Máquina 4.0. Y, en un desarrollo posterior, los investigadores ahora están trabajando en formas de usar datos de sensores para productos mecanizados en una cadena de procesos. De esta forma, si el componente terminado tiene algún defecto de calidad, será posible rastrear el origen del problema y tomar rápidamente las medidas apropiadas.