Inteligencia de fábrica en evolución: de la experiencia humana a la automatización inteligente

Las fábricas inteligentes han existido desde el inicio histórico de la manufactura, pero la inteligencia — definida como la adquisición y aplicación de conocimiento de manufactura — residía solo en el personal de la fábrica.

Con el advenimiento de tecnologías de control numérico (NC) y luego control numérico computarizado (CNC), las máquinas de fábrica ganaron capacidades digitales de E/S pero aún no eran inteligentes. Máquinas digitalmente habilitadas, aunque cada vez más productivas, no tenían conciencia de sí mismas, su entorno, o las tareas siendo realizadas o por realizar.

A pesar de estas limitaciones, inteligencia de fábrica centralizada se ha logrado a escalas modestas a través de un conjunto determinista de bajo nivel de comandos y respuestas digitales. Un experimento en inteligencia de fábrica centralizada a gran escala fue el Protocolo de Automatización de Manufactura (MAP) de General Motors de 1982, operando sobre protocolo de red de bus token (IEE 802.4). El experimento de inteligencia de fábrica habilitado por MAP terminó en 2004 ya que era difícil mantener confiabilidad operacional.

Una de las razones más importantes fue la falta de resiliencia del sistema, una desventaja de estándares y protocolos de comunicación de fábrica deterministas requeridos. Otra razón fue que las máquinas conectadas no podían continuar operando a ningún nivel cuando no llegaban instrucciones de un sistema central.

Una analogía podría hacerse con la infraestructura mainframe-a-terminal que se volvió obsoleta en los 1990s con el desarrollo de la PC y computación distribuida. Varios cambios significativos han habilitado el desarrollo de máquinas inteligentes para la fábrica inteligente. El primero es la extensión de la infraestructura ubicua de LAN Ethernet de IT a la planta, permitiendo descargas rápidas de 3D de definición basada en modelo (MBD), y subidas de datos de proceso y producto.

En segundo lugar, los gemelos digitales de hoy son inteligentes en el sentido que poseen conciencia no solo de sus capacidades y estado operacional, sino de trabajo que puede realizarse en cualquier MBD particular. De esta manera, máquinas inteligentes pueden pujar por tareas, muy parecido a sus contrapartes humanas. El gemelo digital de una máquina inteligente no necesita instrucciones deterministas de bajo nivel, sino que responde a un MBD enviado, y, si es seleccionado, hace trabajo real con su contraparte física.

Por último, tres tecnologías centrales estandarizadas — HTML, CSS y JavaScript — son reconocidas como habilitadoras de la adopción generalizada de Internet y la emergencia de sistemas inteligentes globales. Se prevé que tecnologías centrales estandarizadas similares habilitarán el Internet Industrial y la inteligencia de fábrica en manufactura discreta. Estándares líderes de Internet Industrial incluyen STEP (ISO 10360) para definiciones basadas en modelo, MTConnect para datos de proceso, y Marco de Información de Calidad (QIF) para datos de producto.

STEP lleva la mayoría, si no toda, la intención de diseño como un modelo semántico 3D en formato no propietario derivado del modelo maestro nativo de un sistema CAD. MTConnect permite a equipos de manufactura asistidos por computadora consumir y producir datos de proceso estructurados y contextualizados usando formato no propietario.

QIF permite a equipos de medición asistidos por computadora consumir y producir datos estructurados y contextualizados usando un formato no propietario similar. Los tres estándares y sus implementaciones iniciales están progresando en las métricas de preparación manufacturera.