Cómo IIoT está transformando el diseño y la fabricación de productos

Introducido por primera vez por científicos alemanes en 2011, el concepto de industria 4.0, o la Cuarta Revolución Industrial, se diseñó como una estrategia para el gobierno.

La prioridad era la producción en masa flexible que incluía una personalización ágil de productos, la coordinación de personas, máquinas, dispositivos y sensores, transparencia de la información y la capacidad de tomar decisiones en puntos de fabricación descentralizados.

Facilitar la Industria 4.0 requirió nuevos procesos de fabricación, tecnologías, capacitación y sistemas. La Internet industrial de las cosas (IloT) juega un papel fundamental en la conexión de las piezas y en la habilitación de procesos y toma de decisiones descentralizados.

Ahora, 10 años después, las empresas han logrado avances en la automatización, la inteligencia y la innovación de la fabricación que son evidentes en todas partes al final de los flujos de trabajo de fabricación.

Echemos un vistazo.

Ingeniería y diseño de productos para IIoT y Digital Twin

Concebir un nuevo producto, luego construir el producto y probar cómo funciona, son dos cosas diferentes.

Con demasiada frecuencia, los departamentos de ingeniería publican el diseño de un producto y luego un equipo separado de ingenieros revisa el diseño y solicita cambios en el producto, en función de cómo funciona el producto en la actualidad. Si bien este diseño iterativo puede beneficiar la calidad del producto, las revisiones cuestan tiempo y dinero.

Ahora, con los gemelos digitales virtuales IIoT, los diseñadores de productos pueden ejecutar representaciones virtuales hipotéticas para ver cómo funcionan los productos en varios escenarios. El gemelo digital, que es un programa de computadora, inyecta datos del mundo real sobre un objeto o sistema físico y luego genera predicciones o simulaciones de cómo funcionará ese objeto o sistema.

Las simulaciones de gemelos digitales mejoran y revisan los productos. Debido a que los gemelos digitales son simulaciones de productos, su uso puede eliminar el tiempo perdido en el piso de fabricación cuando se descubren fallas y su reparación es más costosa.

"Los datos en tiempo real del gemelo digital permiten al diseñador" ver "en tiempo real cómo se utilizan o ignoran las funciones [del producto], y los patrones de mal uso que pueden deberse a una documentación deficiente", dijo W. David Stephenson, director de Stephenson Strategies, una consultora de IoT. “Con frecuencia, el producto se puede actualizar digitalmente, a través de actualizaciones de software, lo que reduce los problemas de mantenimiento y aumenta la satisfacción y la lealtad del cliente.

Tesla, por ejemplo, hace esto con actualizaciones de software inalámbricas ”.

Automatización, visibilidad en tiempo real en la planta de fabricación

Una premisa central de la Industria 4.0 es la fabricación descentralizada.

Desde el punto de vista de TI, esto significa que se está ejecutando más computación de forma remota en los límites de la empresa y fuera de los centros de datos centrales. Son las tecnologías IIoT como sensores, robótica, automatización y transmisión de video las que facilitan la fabricación de bordes.

En la planta de fabricación, el enfoque es la automatización de los procesos de fabricación y la visibilidad de ese proceso para lograr eficiencia y ahorro de costes. Especialmente en entornos de fabricación repetitiva, donde se fabrica repetidamente un solo artículo como una caja de cereal para el desayuno o un rollo de papel toalla, la robótica IIoT tiene líneas de montaje automatizadas al ejecutar fielmente las mismas operaciones una y otra vez, sin desviaciones que puedan introducir error.

Esta automatización acelera los procesos y puede reducir los costos de fabricación, pero la advertencia es que los humanos deben poder intervenir cuando sea necesario.

Aquí es donde entra la visibilidad en tiempo real.

Los sensores integrados en robótica y otros equipos de fabricación automatizados emiten alertas cuando un proceso o pieza de equipo en particular indica la posibilidad de falla. Dado que las alertas predicen un problema antes de que ocurra, se puede realizar un mantenimiento preventivo que evita fallas.

La visibilidad de IIoT habilitada por sensores y transmisiones de video juega un papel crítico, ya que el costo de tiempo de inactividad promedio para la fabricación repetitiva se ha estimado en $ 6,000 por hora.

Las plantas de producción también están equipadas con cámaras que transmiten video desde puntos a lo largo de cada planta. Un supervisor de fabricación, si está lejos del piso, puede observar un proceso de fabricación que podría estar en problemas desde su teléfono inteligente y responder de inmediato. El equipo, los productos y otros activos empresariales en la planta de fabricación y en las jaulas de equipo seguras también se pueden vigilar continuamente con la transmisión de video de la cámara por motivos de seguridad.

"No es suficiente hacer el análisis fuera de línea, porque el objetivo es determinar un problema aguas abajo con mucha anticipación, lo que requiere un monitoreo en tiempo real de la información de eventos para los componentes críticos", dijo Evan Guarnaccia, arquitecto de soluciones SAS en SAS, " Podría ser un motor eléctrico pequeño que, cuando tiene un problema, provocará una falla mayor en el futuro, o podría ser un componente muy costoso ”.

IIoT proactivo con transmisión de video

El IIoT temprano se construyó alrededor de sensores, robótica y automatización. Estas tecnologías IIoT continuarán desempeñando un papel crucial a medida que se realice más fabricación en fábricas descentralizadas.

En el futuro, podemos esperar ver más transmisión de video que permita a los supervisores y gerentes observar las prácticas en las plantas donde físicamente no pueden estar presentes y responder de manera proactiva a lo que ven.

Históricamente, los ingenieros de fabricación experimentaron desafíos cuando intentaron comunicarse entre sí sobre el diseño de un producto. Hoy en día, un ingeniero de fabricación puede transmitir video a un ingeniero de diseño que podría estar a medio mundo de distancia. De forma práctica, un ingeniero de fabricación puede demostrar en tiempo real una complicación del producto al ingeniero de diseño.

Esto facilita revisiones de productos más oportunas y efectivas, y se suma al poder del gemelo digital, que brinda a los ingenieros tanto en el diseño como en la fabricación de la disciplina un recorrido virtual del producto antes de un solo chip, perno, motor o usuario. La interfaz está instalada.