Una Introducción a la Fabricación Digital
Plazos de entrega más cortos, más variedad, mejor calidad: sea lo que sea, los fabricantes buscan constantemente formas de responder a las crecientes demandas de los clientes. La fabricación digital les proporciona los medios para satisfacer estas demandas.
¿Qué es la fabricación digital y, lo que es más importante, cómo la implementan las empresas en sus flujos de trabajo?
En pocas palabras, la fabricación digital se trata de integrar las tecnologías informáticas modernas disponibles para los fabricantes de manera que produzcan una mejora real en las métricas clave.
Este artículo analizará lo que significa integrar la digitalización en la fabricación, los beneficios y algunas sugerencias de herramientas y formas de comenzar.
Dirección de secciones individuales:
- ¿Qué es la Fabricación Digital?
- Beneficiarse de las tecnologías de fabricación digital
- Digitalización en Fabricación y Procesos
- Inicio de la transformación de la fabricación digital
1. ¿Qué es la fabricación digital?
Para muchos fabricantes, la digitalización comenzó con los controladores lógicos programables (PLC) y el control numérico por computadora (CNC). Estos permiten que las máquinas y los equipos funcionen automáticamente, con niveles de control superiores a los disponibles en los sistemas lógicos de relés. Luego vinieron CAD, CAM, ERP, sistemas de gestión de mantenimiento computarizados (CMMS) y más. Hoy en día, esta colcha de retazos de tecnologías dispares se superpone con metodologías de producción ajustada, seis sigma y gestión de calidad.
Como muchos líderes de la industria admitirán, es un poco complicado.
La fabricación digital se trata de integrar estas herramientas, de modo que funcionen juntas sin problemas. Los datos del producto se convierten en un hilo digital que recorre todo el negocio de fabricación, desde el diseño y el desarrollo hasta la distribución e incluso el servicio. La definición del producto se vincula con la simulación y las pruebas, con la planificación del diseño de fabricación y el diseño de máquinas, ERP, calidad y soporte posventa.
No hay dos fabricantes iguales, y lo mismo debería ser cierto para su implementación e integración de tecnologías de fabricación digital.
Cada negocio debe identificar sus objetivos y prioridades y planificar su propio camino de digitalización. Algunos se centrarán en la reducción de costos a través de la productividad laboral, otros se esforzarán por reducir los plazos de entrega y muchos buscarán formas de manejar una mayor variedad de productos y la creciente demanda de personalización.
En su “Estudio de fábrica inteligente”, Deloitte describe la digitalización de la fabricación en términos de iniciativas de fábrica inteligente. Algunos de estos emplean las tecnologías Industry 4.0 de sensores, capacidades de comunicación y análisis. Otros se relacionan con la simulación, la visualización y las herramientas para la colaboración.
El informe de Deloitte enumera diez áreas en las que se pueden aplicar estas tecnologías. Los resumiríamos de la siguiente manera:
- Tecnologías de fabricación avanzadas: se considera que la adición (también conocida como impresión 3D) tiene un gran potencial
- Tecnologías de sensores y análisis: para monitorear la calidad, el uso de energía y el rendimiento del equipo, identificar tendencias y objetivos
- Esfuerzos de mejora
- Ingeniería de productos: diseño, simulación, creación de gemelos digitales y modelado de procesos y equipos de fabricación virtual
- Manejo y almacenamiento inteligente de materiales: robots de fabricación, robots móviles autónomos, sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación, transportadores inteligentes y tecnologías de selección inteligentes
- Herramientas superiores para la toma de decisiones: centros de comando, simulación de fabricación, programación más inteligente con la capacidad de optimizar y adaptarse sobre la marcha
2. Beneficiarse de las tecnologías de fabricación digital
Los sistemas informáticos dispares, o peor aún, sin sistemas informáticos, significan más tiempo dedicado a revisar, analizar e ingresar datos. Es por eso que muchas operaciones y procesos todavía se administran principalmente a través de hojas de cálculo y tienen una capacidad mínima de análisis y planificación. Es lento y derrochador, y también es una oportunidad para que se introduzcan errores.
La integración de tecnologías de fabricación digital reduce este desperdicio, lo que genera ahorros inmediatos y cuantificables. En el informe mencionado anteriormente, Deloitte encontró iniciativas de fabricación inteligente:
- Habilitó aumentos en la producción en un 10%
- Aumento de la utilización de la capacidad en un 11 %
- Aumento de la productividad laboral en un 12 %
Sin embargo, la realidad es que estas ganancias son solo la punta del iceberg. Los beneficios de la fabricación digital son mucho más profundos y tienen un impacto mucho mayor (aunque quizás más difíciles de cuantificar).
La creación de ese único hilo digital en toda la fábrica, desde la oficina de diseño hasta el almacén, genera oportunidades para hacer más de lo que antes era posible y hacerlo mejor.
En el desarrollo de productos, el gemelo digital permite la simulación y el refinamiento antes de fabricar un solo artículo físico. Luego se incorpora al diseño del equipo de fabricación, que también se puede diseñar, simular e incluso poner en servicio virtualmente.
La fábrica en sí está modelada y optimizada virtualmente. Esto permite evaluar más alternativas y, en última instancia, un diseño más eficiente. Luego, a medida que surgen problemas o se reciben pedidos, esta fábrica digital permite una toma de decisiones más rápida, lo que a su vez conduce a una mejor utilización de los recursos. Y finalmente, cuando el cliente necesita ayuda con el servicio o la capacitación del personal, el gemelo digital también lo hace más fácil y efectivo.
3. Digitalización en Fabricación y Procesos
Una mirada más cercana a lo que significa la digitalización y lo que puede hacer a lo largo de la fabricación ilustrará las aplicaciones y los peligros potenciales.
Las trampas, que resultan en la imposibilidad de obtener los beneficios anticipados, generalmente surgen de la implementación de las herramientas incorrectas. Esto, a su vez, comienza con no identificar objetivos para la transformación digital. Solo comenzando con el fin en mente es posible determinar qué es necesario y útil y qué no.
Como parte de esto, es importante comprender la función y las capacidades de las herramientas que se están considerando y planificar y administrar con precisión su implementación. Tres áreas que merecen una mirada más cercana son:
- Simulación
- Fabricación inteligente
- Digitalización de fábrica
El papel de la simulación para evitar errores costosos
La simulación se aplica a productos, maquinaria y equipo y a los diseños de fábrica. En la ingeniería de productos, la simulación verifica que los diseños funcionen según lo previsto, lo que reduce la cantidad de pruebas y la cantidad de cambios necesarios.
En la fabricación, se puede simular el funcionamiento de cualquier máquina o equipo. Y en producción, es posible simular celdas, líneas e incluso fábricas completas.
La simulación es una herramienta para identificar aspectos de diseño o diseño que no funcionan según lo previsto o esperado. Garantiza que los productos funcionen correctamente y, por lo tanto, minimiza las quejas de los clientes y las devoluciones de garantía. En la fábrica, permite la detección temprana de errores en el diseño del equipo y la disposición del proceso, antes de que se vuelvan demasiado costosos y problemáticos para corregirlos. (O, en algunos casos, el costo de realizar cambios es tan alto que la empresa decide aceptar las restricciones impuestas involuntariamente).
La simulación también se puede utilizar para crear un gemelo digital para la puesta en marcha virtual de nuevos equipos. Aquí es donde, una vez diseñada, se prueba el funcionamiento de la máquina para encontrar fallas en la lógica de control o en cualquier otro lugar. También es una oportunidad para comenzar a capacitar a las personas que trabajarán con el equipo. Cualquier problema se puede corregir rápidamente y se reduce el tiempo de puesta en marcha.
Fabricación digital inteligente
Industria 4.0, la cuarta revolución industrial, trata de explotar sensores de bajo costo, tecnologías de comunicación y análisis para mejorar la calidad, aumentar el tiempo de actividad de la máquina y ahorrar energía. Las aplicaciones van desde la supervisión de máquinas hasta procesos adaptativos y el aumento de la eficiencia en el funcionamiento de motores y bombas.
El monitoreo de la máquina puede ser tan simple como el seguimiento de la corriente consumida, o incluir estadísticas y métricas más sofisticadas sobre tiempos de ciclo, tasas de producción y rendimiento de materiales. Los datos de condición de la máquina, especialmente cuando se monitorean las tendencias, pueden guiar los esfuerzos de mantenimiento predictivo que reducen la frecuencia de averías y aumentan la disponibilidad. Los procesos adaptativos o “inteligentes” son aquellos en los que una máquina supervisa los aspectos críticos y realiza ajustes para reducir la variabilidad. Esto aumenta la calidad a través de una mayor consistencia y reduce el desperdicio. La calidad también se aborda a través de sistemas de inspección automatizados. Las cámaras con software de visión artificial son una herramienta, pero la medición y la detección de defectos ocultos (mediante ultrasonido o rayos X) son otros enfoques.
Las máquinas y equipos inteligentes también pueden monitorear y administrar su consumo de energía. Los compresores de aire, por ejemplo, pueden cambiar a modos de bajo consumo de energía cuando cae la demanda, pero se activan rápidamente cuando es necesario.
Digitalización de fábrica
Una simulación 3D proporciona una representación virtual de un sistema de fabricación físico. Esto se utiliza como una herramienta de planificación y también como una herramienta de apoyo a la toma de decisiones. En ambos casos, es útil validar el modelo importando programas de producción reales y comparando los resultados del modelo con los observados en el mundo real. Un gemelo digital lleva este concepto más allá al mantener la equivalencia total con el sistema del mundo real. Esto puede implicar alimentar la simulación con datos reales de la máquina, como los que se obtienen del monitoreo de la máquina. Los usos de esta representación digital de la fábrica incluyen:
- Evaluación de programas de producción alternativos
- Investigar formas de abordar las limitaciones de capacidad
- Problemas de ingeniería inversa para obtener información sobre sus orígenes
4. Inicio de la Transformación de la Fabricación Digital
La mayoría de los fabricantes tienen implementadas partes de una transformación digital. Lo que tienen que hacer es ponerlo todo junto. Sin duda, esto implicará decisiones difíciles, muchas sobre sistemas heredados y gastos de dinero. Sin embargo, también existe el peligro de que la aparente escala del desafío genere una especie de inercia. Para abordar eso, sugerimos los siguientes pasos:
- Enfoque. En lugar de intentar transformar digitalmente toda la operación, elija un área donde la digitalización tendrá un impacto significativo y muy visible.
- Establezca dónde se encuentra ahora mismo. Audite las herramientas en uso y observe las que no está utilizando actualmente. La fabricación aditiva y la robótica pueden ser ejemplos.
- Defina sus objetivos. ¿Está tratando de reducir costos, reducir el tiempo de comercialización, aumentar la flexibilidad o hay algo más?
- Mira los datos del producto. ¿Es esto adecuado para su uso como una fuente común de verdad en la fabricación?
- Si aún no está utilizando la simulación, comience a buscar productos que respalden su transformación digital. Si esta es una tecnología que ya usa, explore si lo que tiene puede escalar e integrarse con las otras herramientas en uso actual o futuro.
El software de simulación de Visual Components está ayudando a la industria manufacturera a transformarse digitalmente
La digitalización en la fabricación es un tema complejo y cada fabricante debe determinar qué es lo correcto para su negocio. Por esta razón, las simulaciones de fabricación en 3D se han convertido en un elemento básico para ayudar a los fabricantes a analizar, planificar, optimizar y mejorar los diseños, la maquinaria y la organización de la fábrica.
La simulación implica tres etapas distintas:
Cree una representación virtual de una máquina, proceso o sistema del mundo real
- Valide el modelo con datos del mundo real y realice los ajustes necesarios
- Use el modelo para explorar hipótesis, evaluar escenarios competitivos, encontrar problemas y desarrollar soluciones
Visual Components es un proveedor líder de software de simulación de fabricación. Al ayudar a los fabricantes a obtener una comprensión más profunda de sus procesos, nuestros productos reducen el desperdicio y la ineficiencia, aumentan la capacidad y permiten plazos de entrega más cortos. Y ahora, como resultado de nuestra asociación con NVIDIA, la simulación de Visual Components puede ayudar a los fabricantes a dar forma y comenzar su propia transformación digital.