Con tanta charla sobre la «cuarta revolución industrial», ¿perdemos de vista lo que debe lograr una fábrica inteligente para el cliente, el proveedor y la sociedad?
Denis Wohlfeld, de FARO®, explica cómo deben funcionar las fábricas inteligentes, el papel fundamental de FARO para lograrlo, la colaboración entre humanos y robots y ARENA2036.
El mundo industrializado está lidiando con baja productividad, altos salarios y consumidores que exigen bienes cada vez más personalizados. Las fábricas están respondiendo a este panorama.
Según el Dr. Denis Wohlfeld, gerente sénior de Innovación en FARO, las fábricas del futuro tomarán decisiones por sí mismas. Esto representará un gran avance en la productividad y la flexibilidad de la producción, a años luz de lo que pueden lograr las metodologías convencionles de manufactura «esbelta» , que son principalmente manuales.
Para el Dr. Wohlfeld, «Industria 4.0» es la capacidad que se obtiene al conectar diferentes componentes en la fábrica y permitir que actúen por su cuenta.
Una parte esencial de esta combinación tecnológica es el software que produce un «gemelo digital» de una pieza, un ensamblaje o toda una fábrica. Esta copia digital permite a los ingenieros probar y simular nuevos parámetros y variantes de diseño que, en el mundo real, serían imposibles de lograr con un alto nivel de precisión.
La convergencia entre máquinas inteligentes, productos inteligentes y gemelos digitales describe a la perfección lo que hace FARO, la compañía global de software y hardware de medición. «FARO conecta al mundo real con el digital mediante productos y software», dice Wohlfeld. «Esto se aplica a la metrología industrial, para una medición de muy alta precisión, y a los procesos de BIM/CIM, o modelado de de información de la construcción. En este mercado, podemos escanear entornos e instalaciones completos y agruparlos. Somos el vínculo entre el mundo real y el digital.»
El Dr. Denis Wohlfeld tiene la experiencia suficiente para hablar sobre este tema. Luego de obtener su doctorado en Física e Ingeniería Informática en la Universidad de Heidelberg, creó una empresa emergente llamada DENSIC. Ahora, lidera la innovación tecnológica en fábricas inteligentes de FARO y es el coordinador del proyecto «Gemelo Digital» de ARENA2036, un programa de investigación de varios socios cuyo objetivo es acelerar la tecnología inteligente de producción (más información a continuación).
El rol de FARO en las fábricas inteligentes
Según Wohlfeld, las fábricas inteligentes pueden pensar por sí mismas. «Trabajamos para llegar a un estado de producción en donde las máquinas y los productos tomarán sus propias decisiones, mejores que las de los humanos», dice. «Si bien esto todavía no es posible, ocurrirá en el futuro. ¿Por qué es importante? Elimina los errores, aumenta la repetibilidad y crea un sistema de producción que responde de forma rápida y flexible a los cambios de la demanda en tiempo real».
La variabilidad de las ventas y la alta personalización de productos en el mercado automotor hace que los sistemas de fabricación repetitivos y de alto volumen no sean aptos para algunas empresas automotrices. Los fabricantes necesitan un sistema diferente que se adapte a la demanda diaria de diferentes modelos. Por ejemplo, con los socios tecnológicos en ARENA2036, los fabricantes automotrices Daimler y John Deere están investigando la forma en que los nuevos sistemas de producción combinan los robots colaborativos, o «cobots», y usan una única plataforma de datos para transformar rápidamente la información de ERP a la planta de fabricación, para activar o desactivar las celdas de producción en respuesta las variaciones de la demanda en tiempo real.
La medición juega un papel fundamental en la fábrica inteligente. Si una pieza fabricada o un edificio pueden medirse con precisión, rápidamente y sin parar la producción, la productividad aumentará. Uno de los principales propósitos de Industria 4.0 es lograr una mayor repetibilidad con una flexibilidad más alta: esto se logra con formas nuevas y más rápidas de medir componentes mediante la tecnología de escaneo.
Denis Wohlfeld considera que un gemelo digital es otro componente fundamental de las fábricas inteligentes. Estos facsímiles 3D de piezas, productos y edificios a menudo se examinan con cascos de realidad mixta o virtual (VR), para detectar características y fallas en el diseño que antes no estaban disponibles para el ingeniero. «El beneficio clave es contar con un gemelo digital al final [de la fabricación de un diseño], dado que ahora debe saber lo que ocurre en la instalación», dice Wohlfeld. «Así como los humanos tienen ojos y sensores en sus dedos para sentir las cosas, nosotros tenemos la tecnología de FARO que conecta estos dos mundos.» FARO no crea el gemelo digital, pero gracias a su equipo de visualización, como cámaras, láseres y sensores, reúne los datos para generarlo.
De esta forma, el hardware emula las capacidades de los humanos de la forma más parecida posible. «También podemos proporcionar “ojos” al robot, para que sepa qué hay a su alrededor y reaccione de acuerdo a ello», dice Wohlfeld.
Además de la inspección a nivel de micrones para medir piezas, FARO también proporciona «ojos» para las fábricas, en la forma de grandes conjuntos de escáneres para poder abarcar toda la instalación y capturar millones de puntos de datos 3D en un solo escaneo. El escaneo también ayuda a la fábrica inteligente a calcular la capacidad. Se capturan datos sobre el uso de las máquinas y el stock, que se introducen en un sistema de control de fabricación o de ejecución, y la capacidad, material y fuerza de trabajo se pueden modificar.
El gemelo digital también proporciona un modelo de la fábrica y simula las posibles situaciones para tomar decisiones acertadas de planificación. El día de hoy, se puede establecer un sistema ERP entre la fábrica real y digital (o virtual), en donde la fábrica virtual se puede usar para analizar el mejor proceso de trabajo posible en la fábrica real. «Por último, el gemelo digital se puede conectar al cliente. Los humanos ni siquiera tienen que participar», dice Wohlfeld.
ARENA2036
ARENA2036 es una nueva y moderna institución de investigación en el campus de la Universidad de Stuttgart. El nombre proviene del año 2036, en el que se cumplirá el 150.º aniversario del automóvil a motor. Descrita como la mayor empresa de investigación en el área de la producción del futuro, su propósito es investigar de forma colaborativa nuevas aplicaciones de la producción inteligente en la manufactura. Por ejemplo, los proyectos como LeiFu que exploran cómo se usarán los materiales livianos en grandes cantidades para fabricar estructuras con funcionalidad integrada, con diferentes variantes de productos.
Entre los socios de investigación se encuentran treinta empresas, incluidas BASF, Bosch, Daimler, FARO, John Deere, KUKA Robotics y Siemens, además de universidades, el instituto Fraunhofer y otros organismos de investigación. El Dr. Wohlfeld es el coordinador de ARENA2036 para los gemelos digitales.
Un área de investigación de ARENA2036 combina el funcionamiento humano, robótico y de máquina de la forma más perfecta posible.
La fábrica de prueba tiene «islas de producción». «Lo llamamos “producción fluida”», dice Wolhfeld. «Los robots y las personas se mueven igual que un fluido. Pero los sistemas de producción actuales son bastante rígidos. Estamos intentando desarmar este sistema para crear islas de tecnología especializada. Un área debe moldear plástico, la otra hacer bobinas, la otra cortar metal, etc. y una es la barrera de calidad para la inspección. El producto puede decidir a qué isla debe ir. La cadena es tan rápida como lo decida el producto.»
¿Qué sucede con el rol de los humanos en este sistema inteligente?
Los humanos cumplen un papel importante en estos nuevos sistemas de producción, ya que se ocupan de trabajos modificados con menos riesgos y trabajo físico. La belleza del sistema de fábricas ARENA2036 es que responderá mejor al comportamiento humano. «Los sistemas actuales no tienen flexibilidad», dice Wohlfeld. «La fábrica del futuro puede reaccionar a la disponibilidad de los trabajadores y las necesidades humanas. Por ejemplo, si alguien desea tomarse un día libre, el sistema se puede reprogramar. Los humanos sufren dolor de espalda y no pueden sostener varias cosas al mismo tiempo, por lo que implementamos cobots que realizan estas tareas junto con los humanos.»
Barrera de calidad de FARO
Esta nueva tecnología de medición inteligente se dio a conocer en la Exhibición Controls Show de Stuttgart en abril. La Barrera de calidad de FARO es una inspección de calidad sin contacto y de varias etapas que usa un DMVS, o Sensor de Visión Artificial Dinámico.
Por ejemplo, un proceso de producción puede tener cinco etapas y una barrera de calidad. En una configuración fluida, la barrera de calidad se puede usar al final de un proceso completo o, para una mayor flexibilidad, después de determinados pasos, mediante la redirección del flujo de productos. En las etapas donde se controla la calidad del producto, el sistema se puede adaptar automáticamente a los resultados de la inspección de calidad (que pueden rechazar y devolver la pieza).
Es inteligente, ya que la computadora puede optimizar el sistema para saber dónde falló la pieza. «Con la barrera de calidad integrada en una fábrica inteligente, se puede detectar dónde falló la inspección de calidad y detener la producción en ese paso. Esta es una reacción mucho más rápida a una falla», dice Wohlfeld. El equipo de FARO LABS tiene más ejemplos a su disposición sobre la barrera de calidad en funcionamiento en sitios de clientes.
¿Se usará la inteligencia artificial en la fábrica inteligente de FARO y ARENA2036?
«Por el momento, [nuestra investigación] se centra en conectar todos los componentes y obtener respuestas de los productos inteligentes y personalizados, al mismo costo que los productos fabricados de forma masiva», dice Wohlfeld.
Una vez que los gemelos digitales estén completamente disponibles, la inteligencia artificial permitirá que la fábrica tome sus propias decisiones según el historial de producción y los datos reales del mercado. Cada día, aprenderá a hacer que la producción sea más eficiente. Incluso, puede combinar experiencia de otras fábricas en el mundo para lidiar con situaciones nuevas. FARO se toma muy en serio el desarrollo de esta tecnología e investiga la inteligencia artificial y cómo adaptar esta tecnología a los requisitos actuales de los clientes.
Trabajamos para llegar a un estado de producción en donde las máquinas y los productos tomarán sus propias decisiones, mejores que las de los humanos.
Dr. Denis Wohlfeld, Grerente Senior de Innovación, FARO Technologies