Desbloqueando la eficiencia CNC: Adopte el control conectado

Internet y la computación en la nube están cambiando cómo los fabricantes operan máquinas herramienta CNC. ¿Está su taller listo?

Los puertos Ethernet comenzaron a aparecer en tornos CNC y centros de mecanizado hace más de 20 años. El estándar de comunicación de máquinas herramienta MTConnect hizo su debut oficial en EE. UU. en el IMTS 2010 en Chicago. Los fabricantes comenzaron a hablar de computación en la nube e Internet Industrial de las Cosas (IIoT) poco después, términos que se volvieron mainstream cuando el economista alemán Klaus Schwab publicó un artículo en 2015 afirmando que el mundo había entrado en una Cuarta Revolución Industrial.

Bienvenidos a 2021. Para ahora debería ser evidente para propietarios de talleres, programadores CNC e ingenieros de manufactura que la industria del mecanizado ha cambiado significativamente en las últimas dos décadas. Las máquinas herramienta CNC son mucho más inteligentes que antes, capaces de generar cantidades significativas de datos sobre todo lo que ocurre tras el cristal. El software de manufactura también se ha vuelto más inteligente, ofreciendo interoperabilidad y capacidades basadas en la nube que solo se soñaban a principios de siglo.

Si toda esta magia técnica es buena o no está en debate. Algunos podrían argumentar que la vida en la planta ya es bastante desafiante – ¿quién necesita Big Data y maquinaria inteligente cuando apenas hay horas en el día para sacar piezas? Otros ven la Industry 4.0 y todo lo que implica como el camino claro hacia adelante para los fabricantes, y cualquiera que no la abrace pronto estará fuera del negocio.

Obteniendo FOCAS

La verdad está en algún punto intermedio. Paul Webster, director de Ingeniería F.A. en FANUC America Corp., con sede en Rochester Hills, Michigan, señaló que las máquinas herramienta CNC han estado listas para red e Internet desde antes del Y2K. Los talleres que eligen ignorar esta capacidad siguen funcionando bien, gracias, y continuarán haciéndolo por años. Y sin embargo, pocos argumentarían que la conectividad de máquinas herramienta y la mayor visibilidad a los procesos de mecanizado así habilitada nunca es mala, y puede marcar la diferencia entre un trabajo rentable y uno que preferirías olvidar.

«Introdujimos nuestra API FOCAS (interfaz de programación de aplicaciones) a principios de los 90, así como puertos de fibra óptica y luego Ethernet, así que conectar un CNC ha sido fácil por bastante tiempo», dijo. «La parte difícil siempre ha sido averiguar qué datos necesitas y qué vas a hacer con ellos una vez que los tienes».

Estos datos incluyen historiales de alarmas, configuraciones de anulación de velocidad de avance y husillo, temperaturas de motor servo y husillo, consumo de energía, variables macro y mucho más, todos los cuales pueden extraerse de la máquina herramienta de forma continua y automática. Agregue a esto varias entradas proporcionadas por el operador –número de trabajo, estado de producción, consumo de herramienta de corte e incluso información de calidad de pieza– y obtener una imagen completa de las actividades de la planta se vuelve tan sencillo como echar un vistazo al tablero de cualquier software de monitoreo que recopile estos datos.

En el caso de FANUC, esto es MT-LINKi, una plataforma analítica agnóstica de marca capaz de monitorear más de 1.000 máquinas herramienta CNC a la vez, así como FASData, un programa de monitoreo de producción. Otros constructores de controles ofrecen soluciones similares, al igual que muchos constructores de máquinas herramienta, proveedores de herramientas de corte y desarrolladores de software de terceros. Todos proporcionan los medios para recopilar lo que es admitidamente una montaña de datos y presentarlos de una manera que tenga sentido para los humanos, dándoles la capacidad de reaccionar a tendencias y problemas potenciales mucho antes de que puedan afectar negativamente los niveles de producción.

El dilema de la nube

La pregunta entonces es: ¿dónde es el mejor lugar para almacenar estos datos y albergar el software usado para analizarlos? ¿Ambos deben estar en la nube en una instalación de alojamiento externa y gestionados por especialistas dedicados de hardware y software? ¿O es una instalación «on-premise» más apropiada, usando el talento interno de TI que posee el taller?

Webster y los demás entrevistados para este artículo coincidieron en gran medida en que, aunque lo primero es a menudo el enfoque más seguro y rentable, muchos talleres siguen recelosos de que los programas de pieza y datos de producción salgan de su instalación. Lo mismo opina Gisbert Ledvon, director de desarrollo de negocio para máquinas herramienta en Heidenhain Corp., con sede en Schaumburg, Illinois. Señaló que los clientes pueden instalar el software StateMonitor de la empresa donde deseen, pero promueve instalaciones in situ siempre que sea posible.

«Nuestra filosofía es que los clientes deben proteger su propiedad intelectual, y para nosotros eso significa conectar sus máquinas herramienta y sistemas de software a una red corporativa debidamente asegurada», dijo. «Ha habido muchas instancias donde talleres han sido hackeados y obligados a hacer pagos de rescate. Admitidamente, estos ataques se logran típicamente a través de correo electrónico y no a través del control de la máquina herramienta, pero es una preocupación de todos modos. Por eso la NTMA (Asociación Nacional de Herramentales y Mecanizado) ha comenzado a ofrecer seminarios mostrando a los fabricantes cómo pueden protegerse contra estos tipos de cibercrimen».

A pesar de esto, Ledvon admite que la nube es una tendencia tecnológica que solo ganará impulso. Lo que se necesita para mitigar los riesgos asociados son buenas prácticas de mantenimiento de TI. Instale un firewall robusto entre la red del taller y el mundo exterior. Evite conexiones directas CNC-a-nube descargando archivos externos, programas de software y parches a un servidor interno seguro, luego verifíquelos con software antivirus antes de distribuir. Capacite a todos los usuarios de computadoras en cómo gestionar contraseñas, detectar correos electrónicos y sitios web maliciosos y proteger información corporativa. La lista continúa.

«Considerando que el control es el centro nervioso de cualquier máquina herramienta, no siento que la conveniencia del acceso a la nube valga el riesgo de exposición a Internet», dijo Ledvon. «Nada de esto impide que los fabricantes implementen una estrategia Industry 4.0, sin embargo. Por todos los medios, deben conectar en red sus máquinas herramienta y comenzar a recopilar datos para análisis. Hacerlo les dará la información necesaria para configurar máquinas más rápido, reducir tiempos de ciclo, maximizar vida de herramienta y obtener todas las demás ventajas que ofrecen los controles CNC y sistemas de software actuales».

Talento nativo: Gemelos digitales

Otro componente de Industry 4.0 es el gemelo digital, que en este caso se refiere a una representación virtual pero altamente precisa y comprehensiva de una máquina herramienta CNC. Según Vivek Furtado, jefe de digitalización – máquinas herramienta para Siemens Industry Inc., Elk Grove Village, Illinois, los gemelos digitales agilizan el diseño y despliegue de maquinaria CNC, haciendo finalmente a los fabricantes más eficientes.

«Nuestro controlador SINUMERIK One es conocido como nativo digital, en que fue construido desde cero para soportar el gemelo digital y otras tecnologías habilitadoras», dijo. «Da a los fabricantes de máquinas herramienta CNC la capacidad de crear una versión virtual de un torno o centro de mecanizado que contiene toda su cinemática y características operativas. Esto reduce enormemente el tiempo de ingeniería y costos de desarrollo, y asegura que el producto satisfaga las necesidades del usuario final».

Los controladores con capacidad de gemelo digital sirven para otros propósitos. Aceleran la capacitación de nuevos empleados y reducen la posibilidad de que uno estrelle una costosa máquina herramienta. Permiten a los estimadores cotizar trabajos con mayor precisión, a los ingenieros desarrollar procesos de manufactura optimizados y a los programadores CNC validar código G y selección de herramienta de corte antes de enviar trabajo a la planta. Una vez allí, facilitan la operación de la máquina herramienta con gráficos mejorados y mayor usabilidad.

Cualquiera con un sistema CAM de alta gama o software PLM podría decir que pueden lograr la mayor parte de esto sin un control CNC avanzado. Y aunque no se puede discutir que las capacidades de estas y otras plataformas de software han aumentado dramáticamente en años recientes, las máquinas herramienta que participan en el hilo digital proporcionan a los talleres una herramienta importante, una que mejora el intercambio de datos y cierra el ciclo de interoperabilidad.

Adaptarse y superar: Controles inteligentes

Más allá del gemelo digital, Furtado sugirió que los controles CNC se están volviendo mucho más inteligentes y amigables, con funciones y características que cualquier usuario de smartphone reconocerá. «La mayoría recordamos que una vez usamos nuestros teléfonos para llamar a gente», dijo. «Hoy, te dejan monitorear tu salud, buscar información, hacer pedidos de productos, y así. Las nuevas generaciones de controles ofrecen funcionalidad similar. Son capaces de procesar información y preparar datos de formas que permiten que sean utilizados más efectivamente por sus operadores humanos, o por otros sistemas».

Esta inteligencia se extiende al proceso de mecanizado también. Siemens, FANUC y proveedores de soluciones de terceros como Caron Engineering ofrecen capacidades de control adaptativo que monitorean continuamente cargas de husillo y ejes, vibración de máquina y factores similares que afectan la vida de la herramienta de corte y la calidad de la pieza. Estos sistemas inteligentes entonces ajustan parámetros de mecanizado en tiempo real, optimizando la remoción de material y eliminando problemas potenciales.

Fagor Automation Corp., Elk Grove Village, Illinois, es otro proveedor de control con la mira en el premio Industry 4.0. Harsh Bibra, gerente general para Norteamérica en Fagor, explicó que su ARFS (Control Adaptativo de Avance y Velocidad en Tiempo Real) hace todo esto y más, pero señaló que este tipo de tecnología basada en sensores también puede usarse para mantenimiento predictivo.

«También ofrecemos nuestro i4.0 Connectivity Pack», dijo. «Esto permite a los usuarios recopilar datos de mecanizado, por supuesto, pero también hacer cosas como enviar alertas basadas en condición, ajustar la máquina herramienta y actualizar su firmware, cambiar configuraciones de parámetros, y así, todo desde un dispositivo móvil o computadora remota».

El mayor cuello de botella: Talento calificado

Bibra ve grandes cambios por venir. Además del uso aumentado de sensores IIoT y acelerómetros en máquinas herramienta, junto con controles más inteligentes, las fábricas mismas se volverán más inteligentes. La inteligencia artificial (IA) mucho más allá de las capacidades adaptativas recién mencionadas se volverá prevalente, abriendo puertas a la toma de decisiones automatizada necesaria para manufactura lights-out generalizada.

Todo esto literalmente ganará velocidad dado el desarrollo y posterior despliegue de redes celulares 5G, sugirió Bibra. Estas no solo aumentarán el ancho de banda de Internet y reducirán la latencia, sino que posiblemente aliviarán los temores de hackeo mencionados anteriormente. «Los controles del futuro estarán equipados con 5G, y los datos que generen podrán enviarse inalámbricamente a velocidades de hasta 10 gigabits por segundo (Gbit/s) a los llamados dispositivos edge», dijo. «Esperamos que dentro de unos años, esta tecnología transformará fundamentalmente cómo los fabricantes recopilan información de la planta».

El lado negativo de Industry 4.0 es la falta de trabajadores calificados capaces de entender y trabajar con tecnología avanzada. Bibra dijo que se necesitará reentrenamiento a medida que los fabricantes se vuelvan más expertos en tecnología. Sin embargo, cualquier preocupación sobre conocimiento tribal y pérdida de experiencia debido a rotación y jubilación de empleados debería convertirse en historia antigua.

Visitando la tienda: Controles basados en PC y App Store

Jim Kosmala, vicepresidente de ingeniería y tecnología en Okuma America Corp., Charlotte, N.C., atribuye gran parte de la conectividad aumentada de hoy al uso de controles basados en PC. «Mucha gente olvida que Okuma no solo es un constructor de máquinas herramienta, sino que también fabrica sus propios sistemas servo y controles. Estos corren en Microsoft Windows y usan un chip Intel, ambos de los cuales proporcionan conectividad fácil».

Los controles basados en PC también facilitan instalar varios programas de software en el control – al inicio de la pandemia de COVID, por ejemplo, los clientes de Okuma podían colaborar con otros usando Microsoft Teams, compartiendo pantallas o dando control remoto según se necesitara. «Esa es toda la idea detrás de nuestra App Store», dijo Kosmala. «Los usuarios pueden descargar e instalar lo que necesiten directamente en el control OSP, eliminando la necesidad de una PC separada. Representa posibilidades completamente nuevas para colaboración y conectividad».

Una de estas apps es Connect Plan de Okuma, que permite a los usuarios monitorear máquinas herramienta CNC y recopilar datos operacionales. Funciona con la mayoría de marcas o vintages de máquinas herramienta, así como robots y otras formas de automatización. Según Kosmala, sin embargo, Connect Plan usa un algoritmo de IA para analizar la información disponible e identificar tendencias que un humano podría pasar por alto.

Considere el gerente de un departamento de torneado, que nota después de semanas de ver reportes de recolección de datos y dashboards que un cierto torno siempre arranca 10 minutos tarde cada mañana gracias al hábito de café del operador, o que la temperatura del husillo en la rectificadora más cerca del departamento de envío cae cada vez que abren la puerta de carga. Kosmala explicó que la IA detecta estas tendencias mucho más rápido que un humano, dando a los supervisores la capacidad de abordar áreas problemáticas potenciales antes. Además, esta información se almacena en una base de datos, así que cuando el supervisor deja la empresa, no hay pérdida de conocimiento.

«Deming nos dijo que sin datos, eres solo otra persona con una opinión», dijo Kosmala. «El IIoT e Industry 4.0 se tratan de recopilar esos datos y hacer uso de ellos, finalmente convirtiéndolos en conocimiento. Ese es el primer paso para cualquiera en este viaje. Ahora tenemos videoconferencia virtual, y la capacidad de verificar estado de máquina o niveles de producción desde cualquier lugar, y acceso a herramientas remotas que simplifican la automatización. Si puedes hacer eso sin tener que entrar a la planta, mucho mejor. Todo se trata de aumentar la eficiencia y el tiempo de actividad de la máquina, ambos logrados más fácilmente usando controles CNC modernos».