Hacia dónde se dirige el 'universo digital' (y dónde se pueden obtener grandes ahorros hoy)

Si la fabricación fuera una serie de películas de gran éxito, la última marquesina del cine podría decir:"Próximamente en una cadena de suministro cerca de usted:The Digital Thread". Y John Vickers sería uno de los primeros en la fila para comprar boletos. El tecnólogo principal de la Dirección de Misión de Tecnología Espacial en la sede de la NASA en Washington, D.C., tiene una responsabilidad en toda la agencia por sus actividades de fabricación avanzada y desempeña un papel clave para ayudar a guiar a la organización hacia adelante en un mundo cada vez más digital.

Sin embargo, Vickers rara vez usa la frase "hilo digital". En cambio, favorece la frase más completa "gemelo digital", un término que, según él, se encuentra en el corazón de cualquier transformación digital.

“El hilo digital no es más que una pequeña parte de la transformación digital que se está llevando a cabo actualmente en la NASA y en otros lugares de la comunidad manufacturera”, dijo. "Gran parte de esto gira en torno al uso del gemelo digital, o más ampliamente, un concepto al que nos referimos como 'todo basado en modelos'".

Como explicó en una presentación reciente al Cambridge Group, el gemelo digital mejora drásticamente el impacto de la misión de la NASA al "comprometer la convergencia digital, reinventar la misión y los procesos, productos y capacidades de apoyo a la misión". Aquí nuevamente, sin embargo, su definición del gemelo digital y otra terminología estándar de la industria no siempre está al mismo nivel que la de sus colegas.

“Parece que todo el mundo trata de definir el gemelo digital en términos muy prescriptivos, pero me niego a hacerlo”, dijo Vickers. “Por ejemplo, propongo que no requiere un activo físico, un punto de vista con el que no están de acuerdo algunos de mis amigos del AIAA [Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica], que recientemente publicaron un artículo sobre gemelos digitales. Tampoco es sinónimo de otras tecnologías, como MBSE [ingeniería de sistemas basada en modelos] o, como ya mencioné, el hilo digital, aunque contiene elementos de cada uno.”

Como se diseñó, se construyó y se operó

El gemelo digital es un enfoque interdisciplinario, explicó, que permite a los fabricantes analizar, sintetizar y armonizar vínculos entre disciplinas en un todo coordinado y coherente.

Es "colaborativo, predictivo, descriptivo, investigativo, cognitivo y correctivo".

Y si bien la versión de Vickers del gemelo digital está basada en modelos, es esa primera parte, colaborativa, la que evita que los usuarios "lo tiren por la borda" como con los modelos multidisciplinarios tradicionales, que tienden a mantener la información dentro de sus propios entornos aislados.

Esto significa que el gemelo digital que se utiliza hoy en día durante las etapas de diseño y fabricación algún día impulsará toda la empresa comercial. Esto incluye los grupos de marketing, administración, producción y finanzas y, en última instancia, los usuarios finales del producto, que en el caso de la NASA, podrían estar llevando esos productos a la luna o más allá.

Nacimiento del gemelo

Vickers señaló que él y el consultor de la NASA Michael Grieves, ahora el científico jefe de fabricación avanzada en el Instituto de Tecnología de Florida, acuñaron la frase "gemelo digital" en 2010. Y aunque aún no es un adolescente, el gemelo digital de esa era tiene ha evolucionado mucho durante la última década.

Por ejemplo, hoy en día existen sistemas de análisis y simulación mucho más avanzados, así como aprendizaje automático e inteligencia artificial.

Todos ahora juegan un papel importante en cualquier iniciativa de transformación digital.

También lo hacen las herramientas de realidad aumentada, híbrida y virtual. Estos ayudan a los humanos a visualizar y probar productos virtuales, luego les enseñan cómo operar sus versiones físicas una vez que se han implementado.

Y, por supuesto, está la fabricación aditiva, que para la NASA y muchos otros es un factor clave para lograr un diseño de productos más rápido y rentable.

Don Kinard es miembro principal de las operaciones de producción aeronáutica de Lockheed Martin en Fort Worth, Texas. También tiene décadas de experiencia con la ingeniería basada en modelos, una tendencia que comenzó en serio durante los primeros días del programa de caza de ataque conjunto F-35.

“El F-35 significó el comienzo de nuestra transformación digital”, dijo.

“A diferencia de su predecesor, el F-22, que todavía estaba basado en papel, fue el primer programa de aeronaves de ingeniería completamente digital. Teníamos modelos sólidos para todo”.

Rompiendo paradigmas

Eso fue en 2004. Desde entonces, la digitalización ha traído innumerables beneficios a Lockheed Martin.

Aparte de los más obvios, como procesos de ingeniería y diseño más eficientes, también ha permitido mejoras significativas en la planta de fabricación.

Esto incluye la instalación de sujetadores y perforación automatizada, procesos de mecanizado mejorados, pulverización robótica de recubrimientos protectores, corte de tubos por láser controlado por computadora y, más recientemente, metrología sin contacto, todo impulsado por datos digitales.

La metrología sin contacto es importante en muchos sentidos, señaló Kinard. Al comparar modelos sólidos en 3D con escaneos de luz estructurada de estructuras y subensamblajes de aeronaves, a los fabricantes les resulta más rápido y más fácil responder cualquier pregunta sobre el diseño y la construcción.

“Es nuestro trabajo como grupo de tecnología identificar qué necesita la planta de producción y dónde existen oportunidades para la automatización, y luego descubrir cómo implementarlas de manera rentable y con un sólido retorno de la inversión”, dijo. "En muchos casos, la solución es digital".

Nada de esto es nuevo, agregó. Lo que ha cambiado es la gran cantidad de herramientas disponibles para los fabricantes en la actualidad, ya sean los escáneres de luz láser y estructurados que acabamos de mencionar o las herramientas y sistemas de software de análisis avanzado que se utilizan para analizar el diseño de aeronaves.

“Algunos años después del programa F-35, pude ver muy claramente la diferencia que hace la ingeniería basada en modelos, desde el diseño inicial de la aeronave hasta la forma en que la apoyamos en el campo”. /P>

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También está afectando la forma en que se obtienen las piezas y los materiales de las aeronaves.

Kinard señaló los trabajos de Will Roper, el subsecretario de la Fuerza Aérea para adquisiciones, tecnología y logística. En sus artículos de “Doblar la cuchara”, Roper escribió:“Aunque nuestro proceso de la Guerra Fría produce sistemas militares líderes en el mundo, está escalando los plazos y los costos son subproductos insostenibles. El marcado contraste con la industria comercial pone a nuestro ejército en el extremo "sin maravillas" de la madriguera del conejo".

Según Roper, la salida de este agujero de conejo es a través de la ingeniería digital, un conjunto de tecnologías que ha llevado a la designación de "e-Series" de la USAF para aviones, satélites y sistemas de armas totalmente diseñados y fabricados sobre una base digital.

¿El primer miembro de este club en rápido crecimiento? El eT-7A Red Hawk, un jet de entrenamiento diseñado y construido en solo 36 meses, y nombrado en honor a los aviadores de Tuskegee.

“La capacidad de desarrollar prototipos virtuales al principio de la fase de desarrollo reduce el riesgo de producción, ya que nos permite saber si el diseño cumplirá con los requisitos del cliente antes de que realmente comencemos a cortar metal y colocar compuestos, y mucho menos pasar años en vuelo y pruebas estructurales”, dijo Kinard. “Así que ese es realmente el énfasis hoy en día, la mayor parte del cual gira en torno al modelado de simulación. Nuestro mundo va a cambiar drásticamente durante la próxima década a medida que estas tecnologías se vuelvan más sofisticadas y aumente la fidelidad de nuestros modelos 3D”.

Paul Oldroyd, quien se desempeña como miembro técnico y principal recurso técnico para la fabricación y el desarrollo de procesos en Bell (una división de Textron), estuvo de acuerdo, pero con una advertencia:incluso considerando sus notables éxitos y la aceptación de la transformación digital, la industria todavía tiene un camino por recorrer.

“La palabra ‘transformación’ infiere un entorno dinámico, lo que significa que debemos seguir avanzando”, dijo. "Aún así, todos hemos progresado hacia una arquitectura completamente digital".

Todavía no has visto nada

Bell ciertamente ha recorrido un largo camino desde el V-22, su primer avión FBW (fly by wire), explicó.

Además, el 525 Relentless será un helicóptero comercial totalmente FBW. El avión JMR (Joint Multi-Role) que incluye FLRAA (Future Long Range Assault Aircraft) y FARA (Future Attack Reconnaissance Aircraft) se están desarrollando utilizando el gemelo digital y han obtenido un beneficio significativo de la incorporación del hilo digital.

“Como un ejemplo discreto del beneficio, el sistema hidráulico de la góndola JMR Valor V-280 logró una reducción del 90 por ciento en el trabajo de ingeniería en comparación con el sistema similar en el V-22 y, al mismo tiempo, proporcionó un artefacto digital al equipo de fabricación, lo que redujo de manera similar el tiempo y la mano de obra de desarrollo de la fábrica”.

Eso no significa que hayan terminado. La ingeniería basada en modelos mejora constantemente, señaló, y el hilo digital debe ser continuo y sólido durante todo el ciclo de vida.

“No solo administrará y comunicará el rendimiento del vehículo, sino que también se traducirá en métricas de fabricación, mantenimiento y sostenimiento a lo largo de toda la cadena de suministro. Digital Enterprise representa la retroalimentación continua del vehículo aéreo a través de análisis basados ​​en la física, diseño, validación virtual, fabricación, preparación, monitoreo de salud, mantenimiento y conocimiento de la flota”.

Oldroyd explicó que la "aviación de próxima generación" disfrutará de una maduración simultánea continua tanto del producto como del proceso.

“Utilizaremos un gemelo digital de arquitectura abierta que intercambie datos en tiempo real”, dijo. “Esta capacidad brindará a todas las partes interesadas (administradores de programas, miembros del equipo interno, nuestros socios y clientes) acceso casi en tiempo real a la misma información, incluidos análisis de ingeniería, características de rendimiento y otras métricas relevantes”.

Una ventaja de un gemelo digital de nivel empresarial altamente interactivo es que el espacio de fabricación puede evolucionar simultáneamente con el espacio de diseño y análisis, en esencia, realizando el hilo digital.

Para lograr esto, Bell ha creado un Centro de tecnología de fabricación dedicado, que según Oldroyd es "un entorno de innovación de fabricación basado en una filosofía digital centrada en el Internet de las cosas".

Con este fin, la empresa está explorando formas de capturar datos de fabricación basados ​​en sensores de equipos CNC y celdas de trabajo para informar y refinar el gemelo digital.

Esto proporcionará información sobre el proceso de fabricación en sí, lo que ayudará a la empresa a optimizar la productividad, evitar posibles problemas de calidad y crear un historial de fabricación de cada componente de la aeronave para la empresa conectada, incluidos los equipos operativos.

"Nosotros haremos eso." Dijo Oldroyd. “El gemelo digital tiene que ser un organismo vivo, uno que se ajuste a las circunstancias cambiantes. De esa forma, el proceso de fabricación será cada vez más robusto con el paso de los días.

“En última instancia, las células de trabajo pueden ser elementos omniscientes:se autoevaluarán. Ellos nos informarán cuando no estén sanos. Y eventualmente incluso tomarán medidas para volverse saludables a nivel ambiental. No hemos terminado de evolucionar, pero hacia allí se dirige el "universo digital".