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Fabricación inteligente: llevando la producción al siguiente nivel

La digitalización lleva los procesos de fabricación a un nivel completamente nuevo, puesto que ofrece más y mejores datos, lo que es clave para la eficiencia operativa

Los responsables de la fabricación están buscando soluciones innovadoras para hacer frente a una multitud de retos, desde la creciente complejidad de los productos y los nuevos objetivos de sostenibilidad, hasta la mayor demanda para la personalización a cada consumidor. Al mismo tiempo, se enfrentan a la competencia mundial, las cadenas de suministro y la escasez de mano de obra.

Afortunadamente, los fabricantes están descubriendo que la digitalización se ha convertido en la nueva herramienta equitativa para alcanzar un mayor nivel de fabricación inteligente. Anteriormente, la automatización se centraba en la reducción de costes. Hoy, si se hace bien, la digitalización puede llevar los procesos de fabricación a un nivel completamente nuevo, puesto que ofrece más y mejores datos, lo que es clave para mejorar la eficiencia operativa y lograr una serie de beneficios, tales como: alta disponibilidad, máxima utilización de la fábrica, gestión en tiempo real de las cadenas de suministro y, lo que es más importante, mejor tiempo de comercialización. También puede mejorar la flexibilidad de la fabricación, permitiendo productos totalmente personalizados a precios de bienes producidos en masa.

Existen tres capacidades clave a las que la digitalización brinda apoyo y que permitirán la fabricación inteligente:

La fusión de TI/OT ofrece información útil

La convergencia de las TI y las OT es el primer paso fundamental para conseguir una fabricación inteligente. La tecnología de operación es el software que gobierna el funcionamiento de los equipos físicos, los controles y la tecnología que impulsa las máquinas, como los PLC. El software indica a la máquina lo que debe hacer y garantiza que el hardware realice esas instrucciones. Por otro lado, la TI es la tecnología informática de la organización que se utiliza para almacenar, recuperar, procesar, analizar y recomendar acciones sobre los datos digitales extraídos de las operaciones. Por lo tanto, la dirección utiliza la TI para tomar decisiones y las fábricas utilizan la tecnología de operaciones para impulsar las acciones.

Esta fusión IT/OT lleva a:

  • Mayor flexibilidad y visibilidad sobre las operaciones, lo que permite a los fabricantes tomar decisiones mucho más acertadas de forma integrada. Ahora es posible supervisar los procesos en tiempo real de la planta de producción, lo que permite a los directivos evaluar rápidamente el impacto empresarial de la actividad de fabricación.
  • También apoya y fomenta la colaboración entre la planificación y la programación, así como el rendimiento de la fábrica, lo cual conlleva una mayor eficiencia.
  • Además, la inteligencia artificial y el aprendizaje automático pueden aplicarse a este gran conjunto de datos, descubriendo datos no conformes y poco regulares que permiten tomar decisiones rápidas basadas en la información.

La fabricación en bucle cerrado para mejorar continuamente el funcionamiento

La fabricación y la ejecución en bucle cerrado son posibles hoy en día gracias a los datos y la información que proporciona la fusión de TI/OT. La fabricación en bucle cerrado sincroniza y optimiza la producción a través del diseño del producto, la planificación de la producción, la ejecución de la fabricación, la automatización e incluso la inteligencia del uso del consumidor en el campo. El resultado es un bucle de información colaborativo y conectado que mejora continuamente el coste, el tiempo y la calidad del proceso de fabricación para acelerar la entrega de los productos. Es decir, permite alinear el producto planificado con el producto construido y empleado mediante un proceso continuo e iterativo.

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La fabricación en bucle cerrado proporciona datos de calidad fundamentales en tiempo real que permiten a los fabricantes ajustar continuamente los procesos para optimizar la calidad en tiempo real.

La fabricación en bucle cerrado garantiza que todos los equipos dispongan de información en tiempo real a lo largo de todo el proceso de fabricación, desde la planificación e ingeniería de los productos, pasando por la planificación de los recursos empresariales (ERP), la cadena de suministro y la gestión de las operaciones de fabricación (MOM). El aumento de la gestión de operaciones de fabricación en la planta de producción permite a los fabricantes recopilar y mantener una gran cantidad de datos sobre la producción y los productos físicos que se producen. Ahora es posible abarcar la gestión de la calidad, la planificación y programación avanzada, los sistemas de ejecución de la fabricación, la inteligencia de fabricación empresarial y mucho más. Los equipos de ingeniería pueden recibir información actualizada sobre la fabricación que agiliza el proceso de resolución de problemas y garantiza una evolución óptima de los productos. Permite hacer un seguimiento de lo que se ha construido con todos los datos, el modo en que se ha construido y con qué materiales y piezas. También fomenta la innovación al acelerar la introducción de nuevos productos para conseguir un tiempo de comercialización más rápido, a la vez que se garantiza el cumplimiento de los requisitos de calidad y conformidad.

Los datos en tiempo real procedentes de la fusión de TI/OT que se comparten en un proceso iterativo en la fabricación de bucle cerrado aportan un sinfín de ventajas. Por ejemplo, es inestimable cuando se identifican problemas en la producción de ensamblaje que podrían requerir un cambio en una instrucción de trabajo durante la producción de volumen para optimizar la planificación del proceso. O cuando una máquina se avería, un fabricante puede evaluar rápidamente el impacto en la planificación a medio y largo plazo, identificar inmediatamente la capacidad de recursos alternativos, la priorización de pedidos, la secuenciación y la sincronización, y realizar rápidamente los cambios de producción adecuados.

Además de ayudar a adaptarse a los retos inmediatos, la fabricación en bucle cerrado admite una serie de capacidades de fabricación inteligente de más alto nivel que pueden implantarse de forma eficiente y rentable. Entre ellas se encuentran la visibilidad de la empresa y de varias plantas, el desarrollo de cálculos de rendimiento clave, el análisis de las causas raíz y el análisis avanzado.

Cumplimiento del 99% de la calidad con un circuito cerrado

Una vez establecida la fabricación de bucle cerrado, la tercera etapa para lograr la fabricación inteligente es la calidad del producto de bucle cerrado. La calidad es un término bien definido en la fabricación: es cuando el resultado del producto cumple con las expectativas previstas de rendimiento y características del producto. El objetivo es ofrecer la calidad prevista para todos y cada uno de los productos fabricados. La fabricación en bucle cerrado proporciona datos de calidad cruciales en tiempo real que permiten a los fabricantes ajustar continuamente los procesos para optimizar la calidad en tiempo real. O bien, si no es posible realizar ajustes en el proceso en tiempo real, la calidad de bucle cerrado identifica las tendencias de los parámetros y sus fuentes para permitir el ajuste en el primer tiempo de inactividad disponible. Cuando la calidad es deficiente, el fabricante puede identificar y corregir rápidamente la falta de conformidad tan pronto como sea posible, lo que conduce a una mejora general de la calidad del producto, a la vez que se minimizan los desechos y las repeticiones.

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En concreto, la calidad de bucle cerrado garantiza una visibilidad completa de las métricas relacionadas con la calidad, desde la planificación hasta la entrega de la calidad del producto terminado. También se centra en mejorar la calidad general del producto a lo largo del tiempo. El primer paso crucial es planificar la calidad por adelantado. Para ello es necesario desarrollar expectativas y capacidades bien definidas, definir los modos de fallo previstos, desarrollar procedimientos para abordar esos problemas e incluso estudiar las condiciones ambientales y de la maquinaria que pueden afectar a la calidad y a los procesos de producción en general. Entre estos requisitos suelen figurar las vibraciones, la temperatura, las tolerancias, el estado y el desgaste de la maquinaria y la precisión o calidad necesarias para garantizar que el producto cumpla los requisitos.

Una vez que se han definido claramente todas estas condiciones de calidad, es fundamental controlarlas a lo largo del proceso de fabricación. Para ello, hay que comparar los parámetros de salida o las condiciones de fabricación con los requisitos y cerrar el bucle del proceso para identificar y localizar el origen de cualquier tendencia o desviación de los parámetros.  Aquí es donde la recopilación de datos de TI/OT y la retroalimentación de bucle cerrado en los procesos de fabricación son esenciales.  Ahora es posible optimizar las características críticas de calidad durante el ensamblaje del producto (ya sea una pieza o un sistema complejo) y verificar continuamente el producto con respecto a los requisitos de ingeniería a lo largo del proceso de desarrollo y fabricación. Incluso es posible ampliarlo para incluir la gestión de la calidad de los proveedores, sobre todo en el entorno actual de la cadena de suministro, que es muy difícil y a menudo se rompe.

Las organizaciones que establecen procesos de calidad de bucle cerrado logran una tasa media de cumplimiento del producto del 99%, con un rendimiento mayoritario que oscila entre el 97 y el 100%. Los fabricantes que carecen de esta capacidad tienen una variabilidad significativamente mayor en el rendimiento, con una mayoría que oscila entre el 90 y el 98 por ciento. Esta disparidad en el rendimiento puede significar la diferencia entre ser el primero o el segundo en el mercado, evitar una importante retirada de productos o conseguir futuros contratos. Una de las principales ventajas de implantar un sistema de calidad de bucle cerrado es que hace que la calidad pase a ser una responsabilidad compartida en lugar de tratarla como un proceso desconectado o aislado.

Realización de un gemelo digital verdaderamente completo

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La fabricación inteligente, una vez implantada, apoya todo el concepto de un gemelo digital del entorno de fabricación. Se trata de un cambio de juego crítico para los fabricantes que se están posicionando para el futuro. El gemelo digital es una réplica virtual y digital de los objetos físicos de toda una máquina o de todo el sistema de fabricación o de toda la planta de producción en un entorno digital. Mientras la fábrica funciona, el gemelo digital proporciona una simulación físicamente precisa que combina los mundos virtual y físico para proporcionar nuevos conocimientos y eficiencias para la fabricación de productos a través de la analítica de datos y la IA. 

Más datos equivalen a un gemelo digital de mayor fidelidad. La convergencia de TI y OT proporciona los datos y la información necesarios en tiempo real para crear una versión digital completa de la fábrica. Como resultado, mientras la fábrica está en funcionamiento, el gemelo digital de toda la fábrica con cada máquina individual está reflejando esa actividad en una réplica, en formato digital. Todos esos datos operativos garantizan una fidelidad mucho mayor del gemelo digital y permiten conocer las operaciones del mundo real. El gemelo digital completo es la base para mejorar finalmente la versión del mundo real a través de la simulación del modelo digital, cerrando así el círculo de las operaciones de fabricación y la calidad. Además, proporciona a los fabricantes un mecanismo para comprender lo que sucederá o podría suceder en el futuro. Como resultado, pueden utilizar con confianza el gemelo digital para optimizar las operaciones, predecir el mantenimiento, permitir una puesta en marcha más eficiente, mejorar los cambios y agilizar los cambios en la línea de producción. Todas ellas capacidades clave para que las operaciones empresariales puedan llevar a cabo su negocio de forma más eficiente. Y un cambio en un entorno digital no cuesta nada; es un coste cero. Eso anima a los directivos a examinar una gama más amplia de enfoques viables antes de comprometerse con la implantación física en la planta de producción.

Con un proceso de fabricación inteligente más ágil y adaptable, es posible optimizar el rendimiento al tiempo que se reducen los costes y se mejora la sostenibilidad general al minimizar el uso de recursos, la electricidad y el desperdicio de agua.

La fabricación inteligente del mañana, hoy

Todas las capacidades para crear la fabricación inteligente del mañana están disponibles hoy para aquellos que estén decididos a llevar sus operaciones al siguiente nivel. La fusión de los datos de IT con los de OT proporciona una gran cantidad de datos que pueden utilizarse para mejorar continuamente la eficiencia operativa dentro de un entorno de fabricación de bucle cerrado. Esto, a su vez, permite un enfoque de calidad de bucle cerrado para mejorar continuamente la calidad del producto. Con un proceso de fabricación inteligente más ágil y adaptable, es posible optimizar el rendimiento al tiempo que se reducen los costes y se mejora la sostenibilidad general al minimizar el uso de recursos, la electricidad y el desperdicio de agua. En última instancia, esto conduce al codiciado triple cero en la fabricación: cero tiempo de inactividad, cero defectos y cero daños.

Rahul Garg es vicepresidente de Maquinaria Industrial para Siemens Digital Industries Software

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