El diseño virtual impulsa la innovación en interiores de aeronaves

Cuando los pasajeros disfrutan de una bebida y un tentempié en un Boeing 787 Dreamliner, su snack proviene de una galley fabricada por el fabricante de interiores de aeronaves Jamco Corporation.

Junto con el éxito de Jamco fabricando galleys, lavabos y asientos para Boeing, Airbus y otros, vinieron necesidades de gestión integrada para 3,2 millones de conjuntos de datos CAD. A pesar de tener todos esos datos, la empresa se encontraba incapaz de responder algunas preguntas básicas. ¿Por qué un producto se diseñó de esa manera? ¿Por qué a menudo introducía defectos de diseño en una pieza a pesar de su experiencia previa cambiando el CAD en otras piezas para eliminar ese mismo defecto? ¿Por qué eliminaba un elemento esencial para reducir costes solo para tener que añadirlo después? Su solución fue crear un hilo digital basado en Aras Innovator, una plataforma de innovación de producto low-code. La plataforma permite a los diseñadores e ingenieros de Jamco en Japón, Francia y EE. UU. buscar historial de diseño y usar la información relacionada para entender por qué un producto se diseñó así y dejar de repetir errores pasados.

"Al conectar resultados de búsqueda con nuestra información, incluyendo entregables y diversas regulaciones, nuestros diseñadores pueden buscar cada proceso hasta su finalización en cualquier momento y alcanzar información adecuada en Aras Innovator sin depender de la sucesión técnica entre ingenieros", declaró Hiroshi Sakurai, en un caso de estudio. Sakurai es subdirector general, división de ingeniería y tecnología, grupo de componentes e interiores de aeronaves en Jamco.

La plataforma y aplicaciones de Aras están entre las muchas herramientas que los fabricantes pueden usar para crear hilos digitales, que idealmente están compuestos de datos asociados con un producto durante todo su ciclo de vida. Un hilo digital es un registro o log que comienza con los datos CAD, y puede incluir información del PLC de la máquina, mantenimiento realizado, sensores, uso de energía, y más.

La empresa, y otras, también tienen herramientas para crear gemelos digitales, que son modelos virtuales conectados con activos físicos usados para entender cómo hacer cambios y medir los impactos de esos cambios sin tener que afectar el mundo real. Estos activos pueden incluir personas, procesos, flujos de trabajo y una sola máquina —o un sistema como una fábrica entera. Entre otros usos, los gemelos digitales pueden ayudar con planificación de seguridad y en la prevención de errores de una pieza en la fase de diseño.

Generalmente, las herramientas para construir un gemelo digital e hilo digital incluyen las ya familiares en fabricación —CAD, PLM y aplicaciones IoT.

Innovator es open source, mientras que sus aplicaciones y las de otros vendedores se ofrecen usualmente con suscripción de pago en un paradigma software-como-servicio. Otras variaciones entre las herramientas incluyen off-the-shelf vs. personalizado, facilidad de uso, flexibilidad, soporte para aplicaciones personalizadas, inclusión de apps low-code, modelos para representar elementos en un gemelo digital, aplicaciones empaquetadas o a la carta, y más.

En lo que varios proveedores están de acuerdo, sin embargo, son las recompensas que se ganan al crear un gemelo digital, hilo digital, o ambos.

El gemelo digital enriquece el buzón de sugerencias

La experiencia de Jamco demostró la utilidad de usar un hilo digital para proporcionar historial y contexto en la etapa de diseño mientras elimina errores repetidos, todo en la búsqueda de mayor eficiencia y calidad mejorada.

Otro uso sería para mantenimiento, dijo Craig Melrose, vicepresidente ejecutivo de soluciones de transformación digital en PTC.

"Puedo proporcionarles la comprensión y experiencia de mantenimiento a través de realidad aumentada (RA), diciéndoles desmonten esto primero, revisen este elemento segundo, inspeccionen este elemento tercero", dijo. "Si necesito reemplazar un elemento, aquí están los detalles sobre cómo reemplazarlo o reinstalarlo. Cómo confirmar que se hizo correctamente. Cómo reensamblar la pieza de equipo y verificar que todo se ha hecho correctamente y listo para encender de nuevo. E incluso elementos de seguridad como apagar la energía y bloquear la pieza de equipo, este tipo de cosas, pueden entregarse a través de RA."

Un gemelo digital ofrece ventajas propias.

"Los beneficios son mucho mayores que la inversión", dijo Zohair Mehkri, director de ingeniería responsable de gemelo digital en Flex Ltd., un fabricante por contrato global de 24 mil millones de dólares. "Por ejemplo, puedes tener optimización completa de tus procesos, de tus edificios, antes de que nada suceda. Puedes mover cosas, cambiar productos, poner nuevas máquinas, añadir o quitar personal o material y puedes probar todo eso en el software antes de siquiera pisar la planta de fábrica.

"La cantidad de tiempo y esfuerzo que gastamos volviendo y haciendo prueba y error en procesos de fabricación físicos que nos afectan financieramente es enorme. Así que la capacidad de hacer eso en un gemelo digital es enorme."

Una vez creado un gemelo digital, los fabricantes pueden empezar monitorización, optimización y análisis. Cada uno de esos pasos tiene sus propios beneficios.

"Un análisis de un proceso usando un gemelo digital es muy poderoso porque no solo describirá tu proceso, hará cosas como decirte áreas que necesitan mejora", dijo Mehkri. "No tiene que ser un cuello de botella. Podría incluso ser, 'Tienes espacio vacío aquí, probablemente podrías utilizarlo'. O puedes quitar una tarea sin valor añadido de tu proceso."

Lo clave a tener en cuenta es que un gemelo digital está conectado al modelo físico con hardware y software, dijo. Esto puede llevar a mayores beneficios debido al bucle cerrado.

"Si algo ocurre en el sistema físico, el modelo digital debería saber que ha ocurrido un cambio en el sistema físico, el modelo digital debería ajustarse para reflejar el sistema físico y luego optimizarse basado en el cambio y luego pasar esa optimización al sistema físico", dijo Mehkri.

Si existe un cuello de botella, un gemelo digital puede ofrecer soluciones para corregirlo, dijo Ali Ahmad Malik, profesor asistente de ingeniería industrial y de sistemas en Oakland University.

"Por ejemplo, en una celda de ensamblaje tu objetivo es 1.000 unidades en un día, pero a cierta hora el gemelo digital lo evalúa y te dice si continúas trabajando al mismo ritmo no podrás alcanzar la meta", dijo. "Pero no solo me dice el problema potencial que puede ocurrir al final del día sino que también me da algunas soluciones, porque tiene la oportunidad de simularlo y es inteligente. Tiene información de incidentes previos y aprendizaje previo. Las sugerencias pueden incluir añadir un robot o aumentar la velocidad de un robot. Solo puedo lograr esto si tengo conectividad de datos y mi gemelo digital sigue volviéndose inteligente a partir de eventos pasados y aprendizaje previo. Así que una dimensión de aprendizaje automático debería estar habilitada en él."

Malik, cuya experiencia creando gemelos digitales es con robots o cobots, dijo que el gemelo también puede ayudar con balanceo de proceso de ensamblaje. En celdas de ensamblaje, las tareas se asignan a humanos y robots trabajando juntos para construir un ensamblaje en un tiempo dado para que ningún operador esté ocioso. Antes del gemelo digital, el proceso siempre se hacía manualmente.

"Con gemelos digitales que evalúan continuamente la velocidad del robot sigue balanceando el proceso y asignando tareas a la fuente correcta", dijo. "Así que toda esta actividad manual de balanceo de proceso va a un gemelo digital. Si tienes producción de alta mezcla, bajo volumen, este gemelo digital puede ayudarte enormemente."

También ayudará a una fábrica a reaccionar más rápido a fluctuaciones del mercado porque líneas o celdas de fabricación pueden añadirse, eliminarse o modificarse virtualmente para reaccionar a cambios en mercados, probadas vía simulación y aceptadas o rechazadas basándose en resultados. En industrias reguladas, incluso se habla de pre-cualificar una línea digitalmente antes de cualificarla físicamente.

Melrose dijo que los cambios rápidos y virtuales probados con simulación pueden mantener la producción funcionando en una planta.

Por ejemplo, dijo Melrose, toma una planta ficticia con 10 máquinas. Los trabajadores tienen dificultad cambiando piezas dentro y fuera de una máquina porque son muy pesadas, así que el dueño de la fábrica quiere añadir un asistente de elevación.

"En lugar de interrumpir la producción, puedo probar todo eso offline en un ordenador para asegurar que va a funcionar bien", dijo. "Lo instalaré y probaré el fin de semana y lo encenderé el lunes para que podamos volver a correr producción con ese nuevo elemento añadido."

Sobre todo, lo que el gemelo digital proporciona es un contexto y marco para datos de sensores fluyendo desde una máquina inteligente, dijo Rob McAveney, CTO en Aras.

"Si piensas en ello como tengo dos aviones diferentes con dos motores diferentes dando retroalimentación sobre cómo un motor opera vs. cómo el otro opera", dijo. "Esa retroalimentación es valiosa pero es mucho más valiosa si sé en qué aviones están instalados, dónde vuela ese avión, cuál es el historial de mantenimiento de ese avión. Todas esas cosas son importantes en términos de analizar los datos que vuelven de esos sensores. Así que el gemelo digital, eso es para mí donde proporciona más valor."

Apps de hilo y gemelo podrían ser más como CAD

Donde McAveney ve el mayor reto es en datos desconectados de sistemas dispares.

"Tienes datos en diferentes formatos usados por diferentes individuos en diferentes departamentos que nunca hablan entre sí", dijo. "Si se les requiere proporcionar sus datos, tienen que masajearlos manualmente para hacerlos aplicables a las necesidades de otro."

Tener sistemas dispares en sí no es malo, es el hecho de que son sistemas dispares sin conexión.

"Y no quiero decir [no hablan] desde una perspectiva tecnológica, quiero decir [no hablan] desde una perspectiva semántica", dijo McAveney. "Significa que tengo una lista de materiales en PLM, tengo una lista de materiales en ERP, y no hay mapeo, no hay nadie sentado en medio diciendo 'Oh, ese campo en ese sistema es el mismo que ese campo en ese sistema'. Necesitamos asegurar que están sincronizados. Ahora ni siquiera hay una conexión conceptual entre ellos, nunca mind una conexión física."

Malik comparó la situación que McAveney describió, de datos desconectados, con la de datos de varios vendedores de software CAD.

"Por ejemplo, datos de AutoCAD una vez no eran exportables o importables a SolidWorks, pero ahora es algo muy normal exportar e importar datos de un CAD a otro CAD y hay formatos estándar", dijo Malik. "Lo mismo necesita hacerse en esta dimensión y no solo datos CAD sino también datos dinámicos y la información que obtenemos de sistemas físicos. Ahora estamos limitados a la plataforma de una empresa."

Vendedores y usuarios coinciden en que el primer y más importante paso al usar un gemelo digital es determinar tu objetivo y qué partes de tu sistema físico quieres modelar.

Un dueño de fábrica puede simplemente querer visualizar su planta, dijo Mehkri, y responder preguntas como: ¿Dónde están mis materiales? ¿Dónde pasa la gente su tiempo? ¿Qué son áreas de alto tráfico? ¿Dónde hay problemas en términos de la línea?

"Cuando empiezas a visualizar ese tipo de retos, entonces puedes ir a ese segundo factor, que es cómo resuelvo esos problemas, cómo optimizo esos problemas, o cómo me deshago de esos problemas?", dijo.

Melrose estuvo de acuerdo en que elegir el objetivo correcto es clave.

"Las empresas son legítimamente adversas al riesgo pero al ser adversas al riesgo quizás eligen el caso de uso equivocado que es de bajo valor y, potencialmente porque no están seguros del valor, eligen la tecnología equivocada basada en precio en lugar de basada en impacto", dijo Melrose de PTC. "Pueden caer en purgatorio de piloto."

Mientras algunos vendedores desaconsejan personalización, al menos una empresa no solo la permite, la fomenta.

"Eres libre como cliente de aumentar esas aplicaciones con capacidades adicionales y lo que Aras hace es proporcionar la capacidad para que suscriptores de Aras usen aplicaciones tal cual, aumenten aplicaciones como vean conveniente, construyan nuevas aplicaciones como vean conveniente", dijo McAveney. "Luego es nuestro trabajo asegurar que todos esos cambios que el cliente ha hecho puedan avanzar con la tecnología.

"A medida que Aras sigue lanzando nueva capacidad y nuevas versiones de la plataforma que funcionan con pilas de computación más nuevas garantizamos como parte de nuestra suscripción que cualquier cosa que construyas hoy funcionará el próximo año."

En la experiencia de Mehkri creando gemelos digitales, confía en principios de fabricación lean cuando hay un desajuste entre su gemelo y el mundo real. Enumerar todas las posibilidades de qué causó una diferencia es imposible, dijo.

"Hay algunas posibilidades que pueden pasar; podría haber modelado incorrectamente, podría haber error de usuario, podría haber fuentes de datos diferentes o la fuente de datos misma puede tener un problema", dijo Mehkri. "La forma en que usualmente determinamos eso es usando el Poder de Gemba, una técnica de Fabricación Lean, que es ir al lugar donde se hace el trabajo. Al ir a la planta física podemos ver e inmersarnos en el proceso y realizar un RCA (análisis de causa raíz) sobre qué causó la discrepancia y luego ir tras eso y averiguar el problema."

Un área en la que Mehkri y el resto de la industria lucha es no tener suficiente contenido off-the-shelf para modelar materiales, máquinas y otros elementos en un gemelo digital. Cuando no hay modelo en el software, el usuario tiene que crearlo él mismo, lo que consume tiempo, dijo.

Malik dijo que un usuario puede necesitar múltiples productos para construir su gemelo digital. "Quizás una herramienta me permita diseñar qué elementos hay en un sistema físico", dijo. "Otra herramienta me puede permitir definir la dinámica o cinemática del sistema físico y entonces otro software me puede permitir integrar los datos del sistema físico en el sistema digital. Así que una combinación de cuatro o cinco softwares diferentes puede ayudarme a completar un gemelo digital."

Algunos de los nombres prominentes entre vendedores de herramientas digitales tienen un conjunto completo de herramientas para construir gemelos digitales, pero empresas pequeñas y medianas a menudo no pueden permitirse o no tienen gente con las habilidades para usarlo, dijo Malik. Incluso entre los vendedores mayores, varias aplicaciones pueden no transferir datos suave y fácilmente.

"Pero si puedes encontrar algún software que tenga más características dentro de un entorno, por ejemplo Visual Components ofrece simulación continua, conectividad de datos, simulación de eventos discretos o análisis estocástico en un solo entorno", dijo. "Esa es una característica muy buena en mi entendimiento porque entonces no necesitas tres o cuatro softwares."