Acelerando la transformación digital: Datos MES en tiempo real impulsan la eficiencia de fábrica

Con el impulso hacia una fábrica totalmente digital, el software de sistemas de ejecución de fabricación (MES) nunca ha sido más crítico para fabricantes de todo tipo. Al emplear las últimas soluciones de sistemas de ejecución de fabricación de respuesta rápida en operaciones de fabricación, los constructores pueden obtener actualizaciones rápidas sobre datos operativos sensibles al tiempo que pueden ayudar a mejorar los procesos de fábrica y acercar la fábrica digital a la realidad.

A medida que avanza la convergencia de sistemas de software de fabricación y negocios, cada vez más fabricantes están percibiendo las ganancias que ofrece una fábrica digital, con rendimiento de datos en tiempo real o casi en tiempo real que ofrece mucha más visión de fabricación que la disponible en el pasado. Los fabricantes se están tomando más en serio la implementación de la infraestructura necesaria para soluciones de fabricación inteligente e Internet Industrial de las Cosas (IIoT), y con mayor frecuencia, los sistemas MES basados en la nube se encuentran en el núcleo de estas tecnologías.

«La tendencia es hacia la convergencia de sistemas de negocio para obtener análisis en profundidad de la operación de equipos y sistemas. Estamos viendo proveedores de datos uniéndose», dijo Pete Tecos, vicepresidente ejecutivo de 5ME (Cincinnati), señalando la reciente asociación de 5ME con SmartWare que une las soluciones Freedom Smart Manufacturing y las plataformas Bigfoot CMMS (sistema computarizado de gestión de mantenimiento) de Smartware. «Cuanto más rápido recolectamos y compartimos datos entre varios sistemas, mejor visión obtenemos de las operaciones en general».

El impacto de la nube

A medida que más empresas comienzan a adoptar tecnología de fabricación basada en la nube, las capacidades de las soluciones MES, gestión de recursos empresariales (ERP) y sistemas de recolección de datos de planta se están fusionando más perfectamente, trabajando en concierto para hacer que los esfuerzos de IIoT e Industria 4.0 sean más efectivos en la planta.

«Permite la búsqueda del "Santo Grial de la Fabricación": analítica de sistema integral en tiempo real a través del intercambio de datos», declaró Tecos. «Los ajustes y/o correcciones se hacen más rápido y con menos interrupción de las operaciones de fabricación».

Las soluciones de software de fabricación de hoy ofrecen una gran cantidad de herramientas para rastrear métricas clave de fábrica, incluyendo la Efectividad General del Equipo (OEE) y muchas otras, a la empresa de fabricación, y estos sistemas enriquecidos se están integrando bien a medida que los desarrolladores de estas soluciones se asocian para satisfacer las demandas del IoT/IIoT.

«Básicamente, comienzas a nivel de planta interactuando con activos y una variedad de sistemas de fabricación, luego proporcionas una capa de visualización [cockpit OEE] para ver rendimiento y KPIs», dijo Tecos. «Finalmente, empujas información en tiempo real río arriba al espacio de sistemas de negocio [ERP, MES, CMMS, sistemas de calidad]. Si todos estos sistemas trabajan simbióticamente en lugar de en silos, puedes impulsar las operaciones hacia una fabricación adaptativa altamente eficiente a través del intercambio de inteligencia operativa en tiempo real —ese es el Santo Grial».

La compatibilidad con otras plataformas es clave, añadió Tecos. «Facilidad de uso, capacidades de recolección de datos y versatilidad con tipos de máquinas son importantes también. Nuestro software presenta datos desde múltiples perspectivas y los pone en tres categorías: frecuencia, duración y monetización. Miramos las correlaciones entre estas, básicamente tomando los datos de frecuencia y duración para crear una vista monetizada de las operaciones».

Los resultados de algunos clientes de 5ME son impresionantes. Después de instalar los sistemas eLog de 5ME, la planta de Caterpillar en East Peoria, IL, redujo a la mitad la duración promedio de retrasos y mejoró los tiempos de máquina en ciclo en un 30% en las máquinas donde se instaló Freedom eLog, lo que representó un aumento de 1,2 millones de dólares en valor agregado. La compañía reportó que encontró que los datos electrónicos «basados en hechos» eran mucho mejores, más precisos y menos emocionales que el sistema de papel/proceso manual usado anteriormente.

Tomando la vista empresarial

Los sistemas MES ya no son sistemas independientes, señaló Stephen Brown, vicepresidente, práctica de fabricación, Américas, Siemens PLM Software (Plano, TX). «MES es parte de una infraestructura de TI empresarial interconectada. El valor del MES ahora se define por qué tan bien el sistema MES se integra dentro de la cadena de valor general, tanto aguas arriba hacia desarrollo de producto e ingeniería de producción, como aguas abajo hacia automatización», dijo.

«Los clientes quieren digitalizar toda la cadena de valor, abarcando desde diseño de producto, a través de planificación de producción, ingeniería de producción, ejecución de producción, y luego servicios. Llamamos a eso la Empresa Digital», dijo Brown. «Más específicamente, usamos la frase Gemelo Digital. Ayudamos a nuestros clientes a crear un Gemelo Digital no solo del producto, sino también del proceso de producción, y la planta y equipo de producción. Nuestros clientes luego usan el Gemelo Digital para simular completamente el producto y su proceso de fabricación antes de comprometer dólares duros para prototipos, herramientas y activos físicos».

Estos factores permiten innovación rápida, señaló. «No se trata simplemente de gestionar operaciones de fabricación. Se trata de crear un proceso de fabricación flexible, receptivo y predecible capaz de responder a nuevos requisitos de producto».

Una vez en producción, y cuando se vincula a la automatización, los clientes de Siemens pueden tomar decisiones usando datos en tiempo real de la planta, dijo Brown. «Ejemplos incluyen disponibilidad de máquina en tiempo real o tiempo de actividad que puede ser usado por software de programación de producción para optimizar horarios, y problemas de calidad identificados durante la producción que pueden comunicarse en tiempo casi real a ingeniería para disposición de pieza, lo cual es especialmente importante en aeroespacial». «Finalmente, añade IoT y analítica de datos con Mindsphere, y cerramos el ciclo a través de la Empresa Digital».

Siemens gestiona el proceso de innovación y cambio con su Teamcenter PLM, creando un Gemelo Digital del producto y proceso de fabricación, dijo Brown. «Luego integramos con nuestra cartera MOM [gestión de operaciones de fabricación], enviando los datos de producto, fabricación y calidad necesarios a la planta, y luego usamos Mindsphere para IoT y analítica de big data para capturar datos as-built, retroalimentando conocimiento hacia el diseño de producto y proceso para mejora continua».

Preparándose para IIoT

Los fabricantes buscan más aprovechar Big Data y el auge IoT/IIoT junto con movilidad en la nube, dijo Eric Green, vicepresidente de Dassault Systèmes-Delmia. «Esas son todas afectando a los fabricantes hoy, pero hasta que haya un caso de negocio definitivo, todavía están en una etapa exploratoria», dijo.

«Con algunas de las tecnologías específicamente alrededor de IIoT e IoT, todavía están descubriendo y entendiendo cuáles son las oportunidades. Si piensas en IIoT, los fabricantes han estado haciendo el precursor por muchos años», señaló Green. «IIoT está proporcionando una nueva generación, una nueva evolución. Pero tenemos clientes que tienen piezas de equipo que tienen más de 20 años, y estas nuevas tecnologías deben ser capaces de soportar inversiones de equipo existentes».

Clave para los fabricantes será encontrar dónde y cómo pueden aplicar innovación, añadió. «Como consumidores, cada uno de nosotros está creando una experiencia, con los automóviles que conducimos, y los smartphones y electrodomésticos inteligentes que tenemos. Lo que eso está haciendo es tener un efecto en cómo las empresas van al mercado. Está forzando a estos fabricantes a ser más eficientes o a ser más innovadores».

Para desarrolladores como Dassault, el objetivo es llevar nuevos productos emocionantes al mercado rápida y eficientemente, señaló. «Si miras llevar nuevos productos al mercado, desde diseño de producto a fabricación y al consumidor, la plataforma de innovación requiere ser capaz de colaborar rápidamente para llevar el diseño al mercado». Esto va más allá del ERP, añadió, hacia más una plataforma de innovación de negocio. Aplicaciones como MOM, gestión de operaciones de fabricación, que llevan el producto desde diseño a través de fabricación mediante un enfoque colaborativo basado en modelo, pueden acelerar la entrega de lanzamientos de producto.

«Para nosotros como organización, vemos eso como una prioridad clave», dijo Green. «MOM es un conjunto más amplio de capacidades que MES —involucra múltiples sitios, un conjunto y alcance más amplios, y control de inventario más amplio. Lo que estás viendo es que diferentes organizaciones han expandido su alcance para incluir MOM, y esto se une a la innovación que ofrecemos».

Dar al usuario capacidad casi en tiempo real es una ventaja clave. «El valor está en que tenemos visibilidad global, si hay cambios, esos cambios pueden propagarse y los errores se eliminan».

El software Delmia-Apriso permite continuidad digital, desde ingeniería a través de todos los aspectos de fabricación, dijo Green. «Es la capacidad de usar un mundo virtual para optimizar diferentes escenarios, como mezcla de modelos», dijo. «Combinando el modelo de ejecución del mundo real y datos con el mundo virtual de ingeniería, usamos simulación u optimización para evaluar el impacto de cambios basados en datos reales de fábrica, antes de implementar cambios en la fábrica. El software Delmia Apriso ayuda a los usuarios a proporcionar visibilidad y control de operaciones globales para optimizar ejecución a través de producción, inventarios y calidad».

La cartera MOM de Siemens incluye MES, Calidad, Programación Avanzada e Inteligencia de Fabricación. «Asociados con esas aplicaciones están soluciones para diseño y simulación de planta de fabricación, nuestra cartera Tecnomatix, y por supuesto IoT y analítica de datos con Mindsphere», añadió Brown. «Tomamos la lista de materiales de ingeniería (EBOM), y la transformamos en la lista de materiales de fabricación (MBOM), luego una lista de proceso. Ahí es donde MES toma el control.

«Creamos instrucciones de trabajo para cada paso, incluyendo pasos de calidad e inspección, y luego podemos enviar esas instrucciones al operador cuando una pieza específica se presenta al operador en la estación de trabajo», dijo Brown. «O podemos enviar código específico a una celda robótica basada en la pieza presentada a esa celda. En el mundo de la personalización masiva, donde los tamaños de lote se acercan a uno, somos capaces de lograr tiempos de ciclo y costos históricamente vistos solo con automatización dura y corridas muy grandes».

Siemens también ha añadido una nueva app Automation Gateway para Simatic IT MES UAF 2.1 que ofrece conectividad OPC y conectividad directa a controladores Siemens S7, dijo Brown. La app configura objetos de nodo de automatización compuestos por propiedades conectadas a etiquetas de sistema de automatización. «Automation Gateway incluye un servicio que mantiene conexión con sistemas de automatización, sincronizando datos de automatización», dijo. «Los datos de automatización se exponen a comando UA app para lectura y escritura, y la app puede suscribirse a eventos de cambio de datos de automatización vía gestión de señales».

Más analítica de máquina

A medida que crece la demanda de analítica, abundan más opciones como las nuevas soluciones de analítica de máquina que Rockwell Automation (Milwaukee) anunció el otoño pasado en su Rockwell Automation Fair. Estos sistemas incluyeron FactoryTalk Analytics for Devices de Rockwell y una aplicación FactoryTalk for Machines basada en la nube para constructores de equipos, más analítica de sistema y empresarial.

La analítica complementa sistemas MES y ERP, y ayuda a los fabricantes a aprovechar los datos crecientes que fluyen de sensores conectados vía IIoT. «La gente sigue hablando de Industria 4.0 y Fabricación Inteligente», dijo Todd Montpas, gerente de negocio, Software de Información, Rockwell Automation. «Lo que realmente les interesa es si la tecnología tiene extensiones al rendimiento de máquina, y lo que realmente piden son todas esas capacidades a nivel de ejecución —tenemos que asegurar que tengan procesos que funcionen».

Muchos clientes están interesados en sistemas basados en la nube, añadió, señalando que algunos clientes importantes están interesados en la nube Azure de Microsoft. «Lo que estamos intentando hacer es tener un enfoque muy escalable, con una ejecución escalable, pero construida en una estrategia de analítica escalable; poniendo un sensor en ello, puedes obtener analítica en tiempo real que haces a nivel de máquina, y aprendizaje automático para predecir fallos».

En Hannover Messe, GE Digital (Boston) en abril presentó su nueva solución MES Plant Applications dirigida a mejorar sus ofertas para industrias de fabricación híbrida para procesos de producción altamente automatizados. Esta nueva versión ofrece a los clientes una nueva interfaz de usuario, usando el diseño UX avanzado de GE, para permitir mejor al personal de operaciones analizar la efectividad del equipo e identificar causas raíz de tiempo de inactividad.

«Una de las cosas interesantes que veo hoy es que muchos clientes buscan "prepararse" para IoT Industrial», dijo Matthew Wells, vicepresidente, Gestión de Producto Digital, GE Digital. «Está evolucionando pero se está asentando en un concepto de nube híbrida. Es MES con una E grande [enfatizando ejecución]; quieren mantener eso corriendo en premisas. Lo que el IoT Industrial y la nube ofrecen es una forma de complementar eso».

Los tiempos de respuesta, y la necesidad de confiabilidad del 99%+ para operaciones de fabricación, han mantenido a los fabricantes de volcarse a la nube, señaló Wells. «¿Es suficiente el 99% de confiabilidad? Muchos clientes no aceptarán ese riesgo para sus plantas de fabricación», dijo. «Lo que la nube realmente proporciona es una forma de profundizar en los datos. En la nube puedes almacenar historial y hacer aprendizaje automático. Cuando tienes la nube, puedes acceder a grandes cantidades de datos, y aumenta la efectividad de tu analítica».

Acceder a múltiples terabytes de datos en cualquier momento en la nube permite a los fabricantes aprovechar completamente el Gemelo Digital, añadió Wells, que es la atracción clave del IIoT. «El Gemelo Digital es un conjunto de analíticas que básicamente modela el comportamiento de máquinas que corren constantemente en segundo plano, ajustando los datos», dijo Wells. «Ahí es donde realmente comienza el valor del IoT Industrial. Es un mercado emergente que crece rápidamente».