Gestión de herramientas digitales:múltiples conceptos comienzan a converger

El enfoque en la digitalización en el diseño y el mecanizado ha resaltado la importancia y las ventajas de los sistemas de gestión de herramientas digitales (DTM) más sofisticados. Si bien esto ha generado un alto grado de diferenciación y cierta confusión con respecto a una definición de sistema generalmente aceptada, ha resultado en la evolución de objetivos y capacidades que son más integrales y más centrados en el cliente.

Si bien muchos desarrollos anteriores en la fabricación que involucraban tanto hardware como software estuvieron marcados por rivalidades corporativas entre constructores y desarrolladores que obstaculizaron el proceso, los avances en los sistemas de administración de herramientas han sido mucho más cooperativos y, por lo tanto, más rápidos y efectivos.

Entre los impulsores que afectan el desarrollo de DTM se encuentran:la necesidad de gestión de herramientas en sistemas automatizados y cada vez más en la producción de piezas complejas de lotes pequeños a medianos a nivel de taller; el establecimiento de normas como la ISO 13399; programas cooperativos como MTConnect y varios subprogramas bajo el paraguas de Industria 4.0; y la demanda de los clientes de sistemas que ofrezcan mayor eficiencia, más flexibilidad y, cuando sea necesario, relaciones con múltiples proveedores.

En la actualidad, las ofertas de sistemas van desde módulos individuales que realizan funciones limitadas hasta paquetes generales que se extienden desde la estación CAM hasta el taller. Corsin Buerer, líder de puesta en marcha, gestión de datos de fabricación en Siemens PLM Software (Plano, TX), afirmó:“Vemos a DTM como un componente clave del sistema de información total, incluido el software para organizar los diversos aspectos de los requisitos de herramientas, la capacidad para responder a las necesidades de automatización y la capacidad de integrar herramientas en la función CAM. Por supuesto, debido a la variedad de clientes a los que servimos, debemos poder ofrecer una amplia selección de configuraciones que se adapten a las necesidades individuales de los fabricantes”.

Alexander Zoller, presidente de Zoller Inc. (Ann Arbor, MI), visualiza el sistema DTM como un "gemelo digital" para todos los procesos de fabricación relevantes. “Nuestro sistema incluye una biblioteca de herramientas gemelas digitales, así como información funcional completa de mecanizado/herramientas, que incluye la máquina, el portaherramientas, las especificaciones de la herramienta, la geometría y cualquier otro dato requerido a lo largo del proceso. La información debe estar disponible para todos, desde el programador CAM hasta la gerencia de producción”.

Al evaluar las características que serán cruciales para los nuevos sistemas DTM, Jeff Rizzie, director de ventas de mecanizado digital para América de Sandvik Coromant (Fair Lawn, NJ), adopta una perspectiva amplia. “Si bien muchos fabricantes suelen comenzar con un sistema mínimo/máximo básico para reabastecer las herramientas, consideramos que el desarrollo de sistemas de funciones completas es esencial para el futuro. Al construir estos sistemas, nuestro principal objetivo es ofrecer mejores formas de proporcionar datos en función de cómo el cliente consumirá esa información”.

La sensibilidad del cliente es fundamental para el proceso. “Nuestras ofertas incluyen la integración completa de toda la información y los procesos relacionados con el proceso de fabricación”, dijo Gregg Bigleman, director para América del Norte de TDM Systems (Schaumburg, IL). “Esto permitirá que las empresas hagan una transición más fácil a la producción digital inteligente. El elemento crítico es que todo proviene de una base de datos de una sola fuente”.

Tyler Martin, técnico de STEP en Seco Tools LLC (Troy, MI) también considera esencial la disponibilidad de los datos de la herramienta. “La fácil disponibilidad de datos es fundamental. Ponemos a disposición la información de nuestra herramienta a través de módulos que se pueden descargar desde la nube. Nuestro cumplimiento con la norma ISO 13399 asegura a los clientes que la información correcta estará allí cuando la necesiten y [será] fácil de entender”.

Walter AG (Tübingen, Alemania) fue uno de los primeros defensores de los sistemas de gestión de herramientas y hoy ofrece una capacidad de servicio completa a clientes más grandes. Florian Böpple, gerente de fabricación digital, comentó:“Nuestros primeros esfuerzos en la gestión de herramientas incluyeron máquinas expendedoras. Hoy, nuestros sistemas de logística nos permiten asociarnos con una empresa mediante la integración de un paquete total que les permite descargar la función de gestión de herramientas. En el estado de mayor expansión, colocamos personas a tiempo completo en los clientes y compramos todas las herramientas, incluso algunas de la competencia. Nos encargamos del preajuste, funcionamiento técnico y optimización de las máquinas. Esto permite al fabricante concentrarse en su actividad principal y dejar la gestión de herramientas en manos de profesionales”.

Como vehículo de respuesta, DTM evolucionará de una manera que combine los avances en la fabricación y la visión de las empresas de herramientas involucradas. Como lo expresó sucintamente Alexander Zoller:"Funcionalmente, habrá un nuevo sistema cada año".

Bigleman de TDM System enfatizó la necesidad de "conectar múltiples instalaciones en cualquier parte del mundo", lo que proporcionará eficiencias continuas. En Siemens, Buerer, gerente senior de marketing de productos, enfatizó la progresión lógica de DTM desde sus inicios:“Pasamos del desarrollo de una biblioteca de herramientas digitales a sistemas dedicados a la gestión de herramientas físicas. Esto incluiría tanto la ubicación de cualquier herramienta dentro del proceso de fabricación como las herramientas en el inventario, ya que esto plantea desafíos continuos en un entorno de producción continuo”.

Rizzie de Sandvik Coromant también citó el camino del desarrollo del sistema. “Históricamente, los sistemas de gestión de herramientas se basaban en cálculos estáticos de inventarios de herramientas y las actualizaciones correspondientes. En el entorno moderno, esto es obsoleto y tenemos que pasar a tendencias dinámicas a partir de datos en tiempo real, incluido el estado en la máquina. En efecto, estamos pasando de sistemas discretos a sistemas interactivos”.

Walter está trabajando hacia un concepto multicanal mediante el uso de "cabinas" de gestión de herramientas. Böpple explicó:“Una cabina desarrollará un informe para la gerencia sobre las economías a lo largo del tiempo para definir los ahorros definitivos en el proceso general mediante el establecimiento de una línea de base de rendimiento. Claramente, no depende del cliente conocer los datos de la herramienta logística. Al incorporar nuestra experiencia, podemos brindar información más significativa y efectiva, especialmente cuando se trata del proceso de mecanizado. Otra cabina nos proporcionará en Walter los datos de rendimiento que nos permitirán mejorar el rendimiento de la herramienta”.

Aportaciones y demandas de los clientes

Los factores significativos en la mejora de los sistemas de gestión de herramientas digitales son las entradas y demandas de los clientes. La síntesis resultante de las necesidades de los clientes y la experiencia de los fabricantes de herramientas está emergiendo como quizás el contribuyente más importante para expandir las capacidades más estándar de los sistemas DTM.

Martin de Seco Tools citó la solicitud de bibliotecas de datos de herramientas mejoradas aplicables a los sistemas CAM. “La capacidad de CAM será absolutamente necesaria para que los sistemas de administración de herramientas alcancen su máximo potencial”.
Dijo Zoller, “Los clientes comienzan mirando el panorama general y luego nos piden que trabajemos con ellos en el desarrollo de soluciones específicas. Por ejemplo, generalmente se percibe una pérdida de tiempo en la búsqueda de determinadas herramientas. Mediante la introducción de controles adecuados, podemos resolver ese problema. También estamos viendo otras solicitudes de aplicaciones 3D, así como capacidades móviles que pueden comunicarse a través de teléfonos celulares y tabletas”.

El nuevo cliente que considera la instalación de DTM trae varias demandas, que se pueden responder de varias maneras. Dijo Bigleman de TDM Systems, “Los clientes de hoy siempre buscan expandirse e incluir más de su proceso de fabricación en los sistemas DTM. Por lo tanto, el nuevo cliente potencial puede ingresar al entorno de fabricación digital en cualquier parte del proceso mediante el uso de mejoras simples "agregadas". Una vez que se han dado los pasos iniciales, es posible expandirse aguas arriba o aguas abajo sin perder datos ni eficiencia”.

Rizzi estuvo de acuerdo. “En Sandvik Coromant, buscamos una plataforma inicial que permita la conexión de aplicaciones adicionales. En este contexto, sin embargo, es necesario que el proveedor demuestre la forma en que cada nueva aplicación se suma al flujo de valor”.

Si bien la fase de desarrollo inicial de DTM ha sido en gran medida competencia de los principales OEM y, en consecuencia, de los grandes fabricantes de herramientas, la industria también está poblada por una multitud de empresas de herramientas más pequeñas, muchas de las cuales mantienen relaciones tanto de ventas como de asesoramiento con los usuarios finales, especialmente talleres de trabajo. y pequeños fabricantes. El movimiento hacia la digitalización plantea necesariamente la pregunta de qué pasará con esos recursos.

El Böpple de Walter ve una próxima "sacudida" debido tanto a la estandarización como al DTM. “Ha habido una lucha continua entre los proveedores de bajo nivel y los proveedores premium. Aquellos en el extremo inferior realmente no están motivados para pasar a los sistemas en ninguna capacidad. Su mayor amenaza proviene del hecho de que las herramientas, especialmente a nivel de productos básicos, se están volviendo cada vez más parecidas”.

Zoller prevé un lugar para las empresas más pequeñas, siempre que cumplan con los requisitos clave. “Las empresas más pequeñas tienen que volverse más eficientes. Vemos una oportunidad para ellos al cubrir la base de clientes más pequeña en sociedad con firmas como la nuestra. De hecho, completan nuestro catálogo y base de datos”.

También es probable que aumente el número de empresas de servicios que llenan la brecha entre los proveedores de DTM más grandes y los pequeños fabricantes de herramientas. Según Buerer, “las empresas que se toman en serio mantener su posición e incluso crecer podrán acceder a proveedores que pueden aumentar sus datos. Además, los pequeños fabricantes que se especializan en ciertas disciplinas de herramientas, como el fresado de roscas, también encontrarán un nicho y tendrán la ventaja adicional de asociarse con empresas más grandes que brindan DTM”.

Martin cita un factor importante en la supervivencia y el crecimiento de los fabricantes más pequeños. "Estas empresas no solo pueden injertarse en los sistemas existentes en forma de asociación, sino que, gracias a la nube, su capacidad de servicio será más amplia y eficiente".

El apoyo adicional para los proveedores de herramientas más pequeños vendrá en forma de estrategias de plataforma abierta incorporadas por varios jugadores importantes. "Somos 'agnósticos de marca'", afirmó Rizzie. “Cualquier herramienta puede conectarse dentro de nuestro sistema. Creo que todas las carreras eventualmente encontrarán que este es el caso gracias a programas generales como ISO 13399 y MTConnect”.

El liderazgo en DTM mostrado por los principales fabricantes de herramientas y sus clientes, así como sus diferentes filosofías y características operativas, plantea la cuestión de la escalabilidad. La medida en que los sistemas más completos pueden editarse en configuraciones más compactas o modularizarse depende en gran medida de sus objetivos inherentes y desarrollo original.

Böpple notó el alto grado de diferenciación. “Los sistemas DTM más efectivos son, por definición, completos y, como tales, están menos disponibles para las empresas más pequeñas. Este seguirá siendo el caso, ya que las principales empresas quieren sistemas que sean capaces de implementarse de inmediato y que requieran no solo un plan extenso, sino también modificaciones clave. Las empresas más pequeñas pueden implementar módulos poco a poco, pero con toda honestidad, ese no es un sistema holístico".

Martin prevé que “a medida que más protocolos se vuelvan estándar, más aspectos de DTM estarán disponibles para operaciones más pequeñas”. El hecho de que el sistema de Seco Tools se haya originado como una combinación de múltiples componentes derivados de una extensa y diversificada biblioteca de herramientas hace que los sistemas, en palabras de Buerer, sean "muy escalables".

Necesidad de un plan a largo plazo

Bigleman citó la importancia de un plan a largo plazo en el desarrollo de cualquier sistema. “Cada una de nuestras propuestas se desarrolla específicamente para el cliente individual en función de sus necesidades. Puede comenzar de manera simple y tener un plan de implementación por etapas o incorporar un enfoque general desde el principio”.

Rizzie adopta un enfoque diferente y visualiza un camino flexible de varios niveles en el que los paquetes DTM de tamaño pequeño a mediano que incorporan componentes estandarizados estarán disponibles para satisfacer las necesidades de las operaciones más pequeñas.

Una creciente variedad de sistemas, módulos y enfoques también plantea la cuestión de la implementación, que puede ser un factor decisivo cuando se trata de la decisión de compra de un cliente. Böpple cita la importancia de una planificación integral para el éxito del DTM. “Aconsejamos a nuestros clientes que visualicen dónde quieren estar, y eso va mucho más allá de la gestión de herramientas. A partir del plan general, derivamos una estrategia, luego elegimos e incorporamos a los mejores socios e implementamos la solución. Advertimos a nuestros clientes que no teman hacer cambios ni se sientan abrumados por el exceso de datos. Los resultados son infinitamente preferibles a la confusión.”

Martin recomienda incorporar todo el sistema a la vez:“Esto tiene sentido no solo desde un punto de vista operativo sino también financiero. Al optar por un costo único, el cliente evita complementos y extras inesperados”.

“Es obligatorio un enfoque cauteloso con respecto a la fuerte participación interna por parte del cliente”, afirmó Zoller. “Lo más importante es armar un equipo. Esto no solo ahorra tiempo, sino que permite que las personas más familiarizadas con los procesos tengan una visión interna. Luego, prioriza las áreas clave e implementa por etapas”.

Buerer aboga por un cambio de paradigma para las grandes empresas y una estrategia de "comenzar y luego expandirse" para las más pequeñas. “El éxito de un sistema grande depende en gran medida de la preparación y la capacitación, y a las personas les resulta mucho más lógico comprender todo el concepto a la vez. Cuando esto no sea posible desde el punto de vista financiero u operativo, recomendamos comenzar con un departamento o conjunto de máquinas en particular, aprender sobre el sistema y definir el resultado final deseado, y luego expandirse a partir de ahí”.

Influencia de la Industria 4.0

Está claro que las iniciativas de Industria 4.0 son una fuerza principal detrás de la adopción de DTM. La velocidad y el alcance con el que se implementa varía según la urgencia del usuario para cumplir con los protocolos.

Cuando se trata de expansión, Buerer ve la necesidad de sistemas que vayan más allá de las herramientas. “Si las empresas desean aumentar la capacidad de automatización, deben suscribirse a la necesidad de DTM. Además, los sistemas digitales no pueden detenerse en las herramientas, sino que también deben incluir la gestión de dispositivos y calibres”.

Zoller ve a DTM como “exactamente un ajuste en las iniciativas 4.0. La única forma efectiva de utilizar todos los recursos es a través de un sistema compartido. Esto promueve la eficiencia que afecta positivamente el balance:los gastos están impulsando la sala de herramientas de hoy y nos estamos moviendo hacia una sala de herramientas robótica completamente automatizada".
Según Martin, "el sistema de fabricación completamente digitalizado debe necesariamente ser de naturaleza holística. DTM es una parte crítica de la mezcla. Los suscriptores se toman en serio la Industria 4.0”.

Rizzie señaló:“En el corazón de Industry 4.0 está el concepto de conectividad. La gestión de herramientas debe estar interconectada para proporcionar los datos dinámicos que registran y, en última instancia, afectarán todo, desde los ciclos optimizados hasta la vida útil de la herramienta”.

Si bien existe un acuerdo general sobre la necesidad de DTM, las diferentes interpretaciones de cómo se deben construir e implementar dichos sistemas y qué deben incluir, naturalmente, conducen a una visualización de dónde estarán dichos protocolos en un futuro cercano a mediano plazo. Otro factor involucra las formas en que el sistema abarcará o se ajustará a métodos, materiales y tecnologías nuevos y no tradicionales.

Bigleman prevé una revolución en las comunicaciones:“A corto plazo, no puede haber más 'silos'. La comunicación debe ser clara y la industria debe adoptar la idea de comunicaciones transparentes en todos los procesos, sistemas y departamentos. A medida que surjan nuevas tecnologías, los proveedores desarrollarán el software y el hardware que los conecte a todos”.

Zoller prevé "un desarrollo continuo de los sistemas DTM que naturalmente adoptarán nuevos materiales y tecnología, especialmente en relación con la capacidad de los clientes para fabricar sus propias herramientas".

Böpple cree que el liderazgo a corto plazo en Industria 4.0 en la industria de corte de metales lo proporcionarán los OEM y las empresas de herramientas más grandes y apuntarán a la optimización de herramientas como el objetivo principal. “El fabricante de herramientas debe ayudar en el flujo del proceso, desde CAM, planificación, adquisición y aplicación. Esto hará que sea más fácil encontrar la mejor herramienta de manera más eficiente, incluso si eso implica una búsqueda global de productos, ya que la proporcionamos mediante el uso de GPS”.

Con respecto a las nuevas tecnologías, prevé más impresión de piezas de trabajo, especialmente en las industrias automotriz y aeroespacial, con énfasis en el peso más ligero y la estructura metálica mejorada. Sin embargo, las herramientas convencionales seguirán siendo necesarias.

“A medida que algunos clientes desarrollan la capacidad de crear sus propias piezas de trabajo semiacabadas, al mismo tiempo deben determinar qué métodos y herramientas se utilizarán en el proceso de acabado”, dijo Böpple. “Para la mayoría de los clientes, eso también se aplicará al proceso de desbaste, especialmente porque la complejidad del mecanizado sigue aumentando debido a los nuevos materiales y aleaciones. Tal tarea requiere una amplia
experiencia y conocimiento, y con muchos expertos llegando a la edad de jubilación, será crucial capacitar a nuevas personas”.

Según Buerer, “a corto plazo, se requerirán los sistemas DTM para proporcionar más datos 3D, así como capacidades de simulación. Gran parte de los datos 3D tendrán que provenir de los fabricantes de herramientas que trabajarán con los clientes para optimizar los avances y las velocidades, minimizar el inventario y abrir la puerta a una mayor retroalimentación de las herramientas y los procesos de mecanizado”.

Un mayor énfasis en la creación y/o recuperación rápida de datos es clave, según Martin. En cuanto a las nuevas tecnologías, cree que “dado que el coste de entrada es muy alto, incorporar fabricación aditiva avanzada no será económicamente viable para la mayoría de los clientes. Dada la información requerida en términos de hardware, software y personas, el desarrollo de herramientas altamente especializadas se haría mejor en colaboración con los fabricantes de herramientas”.

Rizzie observó que la conectividad en todos los niveles será el objetivo principal de DTM en el corto y mediano plazo. “La conectividad acelerada, en varios casos, definirá la necesidad de herramientas especializadas, que en algunos casos requieren impresión. El factor crucial aquí implica el desarrollo de materiales que puedan ofrecer los mejores resultados”.

Las muchas direcciones divergentes en DTM indican que los protocolos rígidos son inapropiados. En un entorno de fabricación dinámico caracterizado por diseños revolucionarios, materiales nuevos y, en algunos casos, personalizados, y métodos y máquinas desconocidos hace poco tiempo, la definición tradicional de "herramienta" se ha ampliado. Asimismo, el uso optimizado de todos los insumos y activos en la fabricación requiere sistemas que puedan acomodar funciones tanto interactivas como discretas. Como observó Rizzie, "Con lo digital, estamos pasando del conocimiento tribal al conocimiento del sistema".

Aunque un segmento cada vez mayor de la comunidad de fabricación reconoce la necesidad y la inevitabilidad de los sistemas DTM, la comprensión de cómo se definirán, implementarán y, en última instancia, se utilizarán esos protocolos varía ampliamente. Si bien los estándares que incluyen ISO 13399, Industry 4.0 y MTConnect han contribuido con cierto grado de estructura, continúa el debate sobre qué debe incluir el sistema (solo herramientas o herramientas, accesorios y equipos auxiliares), quién debe ser responsable de la gestión continua de el sistema (personal de la instalación frente a fabricantes/proveedores de herramientas), hasta dónde debe extenderse DTM funcionalmente y qué departamentos deben incluirse (operaciones de fabricación, finanzas, administración) y cómo debe evolucionar el sistema desde la implementación hacia el futuro.

Lo que alguna vez podría haberse imaginado como una versión más sofisticada de la sala de herramientas se complica aún más por la rápida aceleración en el desarrollo de tecnologías de fabricación y el desafío que presentan alternativas completamente nuevas, incluida la fabricación aditiva y la nanotecnología, que están desdibujando la definición de lo que es. constituye una herramienta.

De los muchos hilos de esta tecnología disruptiva, parece que los sistemas DTM necesariamente serán altamente personalizados y evolucionarán continuamente en función de factores que incluyen la naturaleza de las piezas y los materiales, el grado de automatización y los resultados deseados. Claramente, la modularización seguirá desempeñando un papel importante.