Integración Fluida de Datos de Medición QC en Sistemas de Fabricación para Mejorar el OEE

El Internet de las Cosas (IoT) —y en un sentido más amplio, la Cuarta Revolución Industrial (Industria 4.0)— es el nuevo paradigma omnipresente en la fabricación actual, que afecta profundamente la forma en que los fabricantes operan o planean operar. Mejorar la Efectividad General del Equipo (OEE) es un requisito clave del IoT, y optimizar el OEE requiere datos precisos y actualizados en toda la organización, incluidos los datos de medición y prueba recopilados tanto en laboratorios de calidad como directamente en la planta de producción.

La Importancia Crítica de la Recopilación de Datos de Medición

Aumentar la velocidad, el volumen y la precisión de la recopilación de datos de medición e inspección es fundamental, ya que proporciona información valiosa vital para mejorar la eficiencia y fabricar consistentemente piezas de calidad. En cuanto a la adquisición/recopilación de datos de medición de precisión para fines de control de calidad, el camino más claro hacia estas ventajas proviene de la tecnología de recuperación inalámbrica y móvil.

Los sistemas de recopilación de datos inalámbricos deben ser móviles, robustamente encriptados y seguros, y adecuados para múltiples necesidades que van desde distancias sin restricciones y compatibilidad con galgas hasta facilidad de uso e integración práctica en operaciones de fabricación automatizadas. Los mejores sistemas de recopilación de datos inalámbricos pueden aumentar drásticamente la productividad, eliminar el potencial de errores, proporcionar documentación completa y automatizar el proceso de adquisición de datos. Los sistemas deben incluir todos estos beneficios ya sea que los use un solo empleado o toda una empresa con un sistema integrado de control de calidad.

Razones para Recopilar Datos de Medición Precisos y Oportunos

Existen muchas razones por las que los fabricantes necesitan recopilar datos de medición e inspección precisos, oportunos y completos. Las iniciativas de OEE, Lean y Six Sigma requieren datos confiables para respaldar las mejores prácticas de control de calidad. Los fabricantes —especialmente en industrias como médica, biomédica, aeroespacial y defensa— a menudo deben cumplir requisitos regulatorios y proporcionar documentación trazable y confiable para la fabricación de piezas críticas.

Limitaciones Comunes de los Sistemas de Recopilación de Datos

Potencial de Error Humano y Retraso

Los sistemas que requieren que los trabajadores rastreen manualmente mediciones clave exigen una atención al detalle extremadamente precisa, ejercida docenas o incluso cientos de veces en un solo turno —lo cual es a menudo difícil y poco realista de hacer de manera consistente, incluso si se está haciendo en primer lugar. La capacitación es otro problema: los empleados pueden no tener la formación necesaria para comprender plenamente y recopilar y transcribir datos con precisión. Dígitos traspuestos, puntos decimales mal colocados y problemas similares pueden ocurrir comúnmente. Además, un empleado puede necesitar detener el trabajo de producción para capturar y registrar mediciones, reduciendo la productividad general.

Problemas de Seguridad Digital

Las redes no seguras utilizadas para transmitir datos de medición pueden proporcionar vías para que los piratas informáticos obtengan acceso más general a los datos de una empresa. Cuando los datos de medición se transmiten sin las medidas adecuadas de seguridad digital, presentan un riesgo de seguridad potencialmente grave.

Falta de Escalabilidad

El crecimiento y la diversificación empresarial pueden necesitar más procesos de control de calidad que pueden extenderse por una instalación o múltiples ubicaciones. En el mejor de los casos, si un sistema de recopilación de datos no es escalable, configurar procesos de recopilación de datos separados consume mucho tiempo, es engorroso y puede llevar a confusión, inexactitudes y comunicación retrasada. Peor aún, pueden resultar rechazos de productos, fallas e implicaciones legales con los clientes.

Análisis Incompleto mediante Estrategia de Muestreo

Una estrategia de muestreo simplemente no puede proporcionar la imagen completa que ofrece la medición del 100% de cada componente producido. Esta estructura, común en algunos procesos de QC tradicionales, puede llevar a la incapacidad de predecir e identificar tolerancias de producción a la deriva. Además, esta estrategia ni siquiera es una opción para industrias como la médica o militar que requieren inspección del 100% de las piezas y documentación trazable.

Mayor Posibilidad de Rechazos

Cada pieza rechazada representa dinero, tiempo y recursos perdidos. Sin la visión completa que proporciona la medición del 100%, los fabricantes corren el riesgo de incurrir en gastos adicionales y potencialmente dañar las relaciones con los clientes. Si una pieza que debería ser rechazada llega a un cliente —especialmente uno que requiere cumplimiento estricto de estándares— los resultados pueden tener implicaciones graves, si no catastróficas.

Nuevos Sistemas Mejoran, Modernizan y Optimizan la Recopilación de Datos

Un principio subyacente es permitir a los fabricantes adquirir de manera precisa y consistente grandes cantidades de datos de medición para cumplir con los requisitos de la Industria 4.0. Los sistemas actuales de recopilación de datos de medición inalámbricos deben ser completos, escalables, seguros y robustos para la Industria 4.0. Eso significa ofrecer beneficios fundamentales a través de automatización, facilidad de operación, escalabilidad optimizada, encriptación y protección de datos robustas, y distancias sin restricciones y uso sin obstáculos para la transmisión. El resultado es mayor productividad, reducción de errores, provisión de documentación completa y un proceso de adquisición de datos confiable impulsado por la automatización.

Operando con la última tecnología de redes inalámbricas que utiliza frecuencias de radio de onda corta para interconectar teléfonos móviles, computadoras y dispositivos electrónicos inalámbricos, esto permite velocidades mucho más rápidas, mayor ancho de banda y mayor alcance para una mayor transferencia de datos. Sistemas como estos ofrecen una amplia gama de beneficios cruciales, incluyendo:

Automatización

Cuando los empleados tienen que detener repetidamente el trabajo para registrar una medición, la productividad se ve afectada negativamente. Además, los procesos manuales de recopilación de datos pueden introducir errores en la base de datos de registros, con el potencial de reducir severamente la precisión y perpetuar fallas futuras. Con los últimos sistemas de recopilación de datos de medición, presionar un botón puede transmitir datos de medición, ahorrando significativamente tiempo; por ejemplo, es al menos cuatro veces más rápido presionar un botón comparado con escribir datos y luego teclearlos en una computadora.

La automatización se maximiza en todo el proceso de recopilación de datos de medición de control de calidad, mejorando la eficiencia del proceso y la precisión de las mediciones capturadas. Características como el sellado de tiempo automático proporcionan contexto crítico sobre cada punto de datos, requerido para trazabilidad y cumplimiento de especificaciones de control de calidad/producción. Enviar un mensaje de vuelta a la herramienta de medición confirmando la recepción también es útil.

Velocidad

Los altos volúmenes de datos pueden procesarse sin demora, incluso a plena capacidad, con sistemas que utilizan tasas de bits más altas y una conexión de muy alta velocidad de menos de 50 ms de tiempo de viaje de datos, así como una red de latencia ultra-baja.

Facilidad de Operación

Establecer un proceso de recopilación de datos de medición puede encontrar resistencia en múltiples niveles. Para la gerencia, puede haber incertidumbre de que implementar un nuevo método tendrá beneficios tangibles. Para los operadores, puede haber cierto temor a lo desconocido y aprensión al aprender un nuevo proceso. Para aliviar estas preocupaciones, la facilidad de uso es una alta prioridad para que los operadores se sientan confiados rápidamente y el proceso de recopilación de datos se optimice en poco tiempo; por ejemplo, la facilidad de operación se extiende a la aplicación móvil, que elimina la necesidad de llevar hardware más grande, como una laptop, al campo.

Versatilidad

Una nueva estructura de topología de red puede configurarse para muchas situaciones simples o complejas, y también se pueden utilizar pasarelas remotas distribuidas. La estructura modular de los sistemas actuales hace que sea simple expandir o contraer un proceso de recopilación de datos de medición de control de calidad sin tener que adquirir un nuevo sistema de recopilación de datos. Los datos se transmiten desde galgas que tienen transmisores de radio integrados o nodos finales montados externamente a pasarelas, y son operables tanto en plataformas móviles Android™ o iOS® como en computadoras basadas en Windows®, incluyendo laptops, PCs de escritorio, clientes ligeros y servidores. Los componentes repetidores y puentes también pueden conectarse directamente a PLCs y otros equipos de automatización serial de alta velocidad para recopilación de datos en tiempo real o operación remota de máquinas.

Para la medición inalámbrica, es extremadamente productivo usar herramientas de medición inalámbricas que incluyen radios integrados, lo que las hace más fáciles de usar para la recopilación de datos. También es ventajoso que un sistema de recopilación de datos de medición sea compatible con una amplia gama de marcas de herramientas y galgas electrónicas de precisión. Las radios mochila expanden la funcionalidad, son discretas y se adhieren fácilmente. Los usuarios de los últimos sistemas de recopilación de datos de medición pueden utilizar múltiples pasarelas que sirven como puntos centrales o distribuidos para la recopilación de datos, versus sistemas convencionales que tienen solo una pasarela. Las pasarelas y repetidores compactos caben fácilmente en la palma de la mano.

Además, las aplicaciones para la recopilación de datos son increíblemente diversas y el sistema debe ser lo suficientemente versátil para cubrir todas esas aplicaciones. Los últimos sistemas de recopilación de datos de medición son adaptables a casi todos los casos de uso, con ejemplos que van desde automotriz y agrícola, hasta medición del 100% de todas las piezas y componentes en industrias altamente reguladas como defensa, aeroespacial, médica, energía y más.

Escalabilidad

Los últimos sistemas de recopilación de datos están diseñados para adquirir de manera confiable y precisa datos de medición de precisión en una amplia gama de aplicaciones y distancias. Desde solo una o unas pocas herramientas de medición a distancias cortas, hasta configuraciones que tienen muchas herramientas de medición ubicadas a cientos de yardas de distancia en una fábrica grande o extendidas por más de una milla en múltiples instalaciones, las distancias expandidas y los requisitos de aplicación aumentados se adaptan fácilmente a medida que evolucionan y crecen los requisitos de recopilación de datos de medición.

Esquemas de Implementación

Esquema Portátil

En su aplicación más simple, un Esquema Portátil presenta una aplicación inalámbrica ejecutándose en un dispositivo móvil. Esta configuración sencilla puede tener una herramienta de medición inalámbrica con radio integrado transmitiendo datos hasta 30 pies (10 metros) a un dispositivo móvil. O, dependiendo del dispositivo móvil, un Esquema Portátil puede tener de 5 a 8 herramientas de medición que se conectan a la aplicación móvil para transmisión de datos hasta 30 pies (10 metros). Además, los usuarios pueden transmitir fácilmente datos de medición hasta 30 pies (10 metros) desde una (o más) herramienta(s) de medición inalámbrica(s) a una laptop o PC que tiene una pasarela USB (Figura 1).

Esquema Típico

En un Esquema Típico, el fabricante podría tener una computadora o laptop ejecutando el sistema de recopilación de datos de medición para soportar 20 herramientas de medición en el proceso de recopilación de datos a una distancia de hasta 200 pies. En esta configuración, se incluye una pasarela USB y nodos finales mochila en las herramientas de medición aumentan el rango de transmisión de 30 pies a 200 pies (Figura 2).

Esquema para Fábrica Grande

En un ejemplo de Esquema para Fábrica Grande, 20 herramientas de medición pueden usar un puente y una pasarela remota para expandir el rango total de transmisión de datos a cientos de pies o yardas (Figura 3). Y en un Esquema Empresarial, la transmisión de datos de medición puede aumentar de cientos de yardas a más de una milla. Al usar pasarelas remotas, puentes y quizás agregar repetidores, se pueden incorporar más de 100 herramientas de medición. Cada pasarela remota puede facilitar 20 herramientas de medición. Para distancias aún mayores, se pueden incorporar Antenas Yagi de Largo Alcance en el esquema (Figura 4).

Encriptación y Protección de Datos Robusta

La seguridad de los datos es una prioridad para todos los fabricantes, incluidos los militares. Y aunque los datos de medición de control de calidad por sí solos podrían no ser particularmente valiosos para los piratas informáticos, los ciberdelincuentes aún pueden suplantar las redes utilizadas para transmitir datos de control de calidad para obtener acceso más general a la infraestructura digital. Los sistemas de recopilación de datos de medición abordan este problema a través de una variedad de medidas, incluyendo esfuerzos de seguridad que presentan una plataforma inalámbrica altamente segura. Los datos transportados se encriptan utilizando un enfoque multicapa que previene absolutamente cualquier acceso externo a los datos, ya sea pasivo o activo.

Además, la aplicación móvil no se conecta al sistema operativo de un smartphone o tableta, restringiendo el acceso no intencionado en un punto crítico. Mantener una buena seguridad también incluye abordar vulnerabilidades emergentes en la transmisión de radio de forma frecuente para mantener los sistemas seguros en el futuro, con lo cual su proveedor de sistemas de recopilación de datos de medición debe estar comprometido a mantener el ritmo.

Distancias Sin Restricciones y Uso Sin Obstáculos para la Transmisión

Aprovechar pasarelas remotas, puentes y repetidores ofrece un marco de transmisión de datos eficiente y confiable. Las estructuras del sistema pueden involucrar tan pocos componentes como una mochila o radio integrado junto con un dispositivo móvil ejecutando la aplicación móvil, o utilizar puentes, pasarelas y repetidores para extender enormemente los rangos de transmisión en una configuración de fábrica grande.

La aplicación de software del sistema de recopilación de datos de medición más reciente utiliza una red inalámbrica para recopilar información de múltiples herramientas de medición. La red inalámbrica se basa en la tecnología inalámbrica integrada de las herramientas de medición o nodos finales para recopilar y luego retransmitir datos de vuelta a la PC. El sistema de recopilación de datos también puede enviar señales a los componentes de la red para verificar transmisiones y solicitar datos. Los componentes de hardware del sistema son la Pasarela USB, Pasarela Remota, Extensores de Puente y Nodo(s) Final(es). El Nodo Final es un transmisor/receptor de radio que se adjunta a una herramienta de medición. La Pasarela USB es un transmisor/receptor de radio adjunto a una PC. La Pasarela Remota es lo mismo que la Pasarela USB pero también extiende el rango de comunicación desde la PC usando un extensor de Puente para amplificar las señales entre la Pasarela Remota y la PC. La Pasarela Remota tiene el mismo rango que la Pasarela USB pero puede configurarse muy lejos de la PC.

Independientemente de la arquitectura del sistema implementada, el resultado es una solución confiable, precisa y rápida para recopilar datos de medición de control de calidad desde cada punto de operación donde se necesita recopilación de datos.

Practicidad

Es eficiente usar nodos finales y herramientas de medición inalámbricas que sean recargables, eliminando el reemplazo de baterías y los costos asociados. Además, considere usar nodos finales y herramientas de medición inalámbricas que ofrezcan un nivel de protección IP67 para uso en entornos de taller hostiles. La capacidad de adaptarse a la mayoría de los programas SPC, MRP y ERP existentes es otra ventaja del sistema de recopilación de datos de medición.

Otros Detalles y Capacidades a Considerar

• Distancia de operación desde Pasarelas o dispositivo móvil: hasta 30 pies (10 metros) para Herramientas de Medición Inalámbricas.
• Distancia de operación desde Pasarelas: hasta 200 pies (61 metros) para nodos finales mochila.
• Un sistema de Pasarela maneja hasta 20 herramientas de medición, principalmente calibradores, micrómetros e indicadores.
• Pasarelas Remotas adicionales expandirán el número de herramientas de medición soportadas en incrementos de 20 cada una, y un repetidor puede aumentar el rango de transmisión a millas.
• Las Radios de Nodo Final pueden almacenar hasta 10 lecturas si el sistema principal está caído o ocupado.
• Rango de transmisión: hasta 2,000 pies (610 metros) entre Pasarelas Remotas y Puente.
• Los multiplexores virtuales proporcionados en el sistema de recopilación de datos de medición toman muchas entradas (datos de herramientas) y las comparten sobre un único recurso de salida, que es un puerto COM virtual. El multiplexor virtual toma los datos de la herramienta y los envía a un puerto COM para que el software SPC y otros paquetes SW los procesen.
• Acceso remoto a través de LAN al servidor de recopilación de datos mediante software cliente remoto.
• Tipos de antena opcionales para diversos despliegues.

El conocimiento, servicio y soporte del proveedor son clave al elegir un sistema inalámbrico de recopilación de datos de medición. Un nivel profundo de experiencia combinado con experiencia en control de calidad será fundamental para establecer una implementación exitosa.

Este artículo fue escrito por Jeff Wilkinson, Director de Investigación y Desarrollo y Gerente General – División de Tecnología Avanzada en L.S. Starrett Company (Athol, MA). Para más información, visite aquí.