Gemelo digital para soluciones de robótica

Los fabricantes de soluciones robóticas tienen un nuevo as en la manga. A lo largo de todo el ciclo de venta, el gemelo digital de sus instalaciones les permite crear valor añadido para sus clientes, con el objetivo primario de dar soporte a la toma de decisiones, incrementar la productividad y minimizar los costes.

Flexibilidad. Esta es la palabra clave del mundo industrial del 2022. Hoy en día ninguna empresa industrial puede prescindir de una fabricación ágil y capaz de adaptarse rápidamente a cualquier cambio, si no quiere perder en competitividad.

¿Una demostración? Baste pensar en lo ocurrido en los últimos dos años. ¿Cuántas empresas han tenido que incrementar la producción hasta sus límites para mantenerse al día con la demanda e intentar absorber enormes picos inesperados? ¿Y cuántas han tenido que reconvertir sus líneas para apoyar los esfuerzos contra la pandemia y empezar a fabricar productos completamente nuevos, como ventiladores pulmonares, mascarillas o gel desinfectante?

No obstante estos esfuerzos extraordinarios, todos recordamos las colas interminables para acceder a los supermercados y la sensación de encontrar las estanterías vacías. Así como, nos acordamos de la carrera que todos los países han tenido que afrontar para asegurarse equipos y protecciones fabricadas en el extranjero.

Más allá de la emergencia

Sí, pero si dejamos a un lado este periodo excepcionalmente complicado que hemos sufrido y miramos la evolución global del mercado en los últimos años, nos damos cuenta de que la pandemia no ha hecho nada más que subrayar y acelerar una tendencia ya muy clara y especialmente evidente en el sector de los bienes de consumos masivos (CPG).

Desde hace años, los fabricantes están dedicando una gran cantidad de recursos a la optimización del diseño de las máquinas y líneas, con el objetivo de minimizar los tiempos de cambio de configuración y formato. De hecho, se necesitan instalaciones que puedan hacer frente a un numero de SKUs siempre más elevado, ya que los consumidores piden productos siempre nuevos, cada día más personalizados y complejos, y los requieren en tiempos rapidísimos a un bajo coste.

Una de las respuestas a estas exigencias que más rápidamente está expandiéndose en el mercado es la substitución de los sistemas de transporte tradicionales con soluciones mecatrónicas más avanzadas, basadas en robótica y sistemas ICT (Independent Cart Technology). Tales tecnologías son intrínsecamente flexibles, ya que permiten, respectivamente, operar libremente en las tres dimensiones, utilizando la trayectoria más adecuada, y mover independientemente los productos, a medida que las operaciones se completen y las estaciones de trabajo se liberen.

Además, gracias a herramientas y utillajes customizables e intercambiables, tanto los robots como los sistemas ICT pueden manejar una amplia variedad de formatos y dimensiones, encajando perfectamente en el marco de las producciones high-mix, low-volume (alta mezcla y bajo volumen).

El mayor reto: la integración

Sin embargo, en una época de gran presión competitiva, la pregunta más crítica para las empresas industriales no es solo que tecnologías utilizar, sino como integrarlas con el resto de los activos y sistemas, para conseguir una comunicación ágil y fluida a todos los niveles, que les permita fabricar en modo más inteligente y eficiente. En otras palabras, que les permita convertirse en industrias 4.0 o Empresas Conectadas (Connected Enterprise).

Históricamente, la implementación de sistemas mecatrónicos ha representado un gran obstáculo para lograr esta integración e interconectividad. Pensamos, por ejemplo, en las plataformas de control. Muy a menudo la programación de los robots se basaba en entornos propietarios y necesitaba, por lo tanto, de personal con conocimientos específicos.

Más recientemente, los avances tecnológicos han permitido superar dificultades como esta. Las plataformas de control más innovadoras permiten unificar el control tanto de las máquinas como de los robots en un único entorno, simplificando así no solo la programación, sino que la integración con cualquier otro tipo de sistema OT e IT, y consecuentemente la gestión de todo el ciclo de vida de la instalación.

Un enfoque holístico

Es justamente este enfoque holístico el mayor factor diferencial que los fabricantes pueden y deben aprovechar hoy en día.

Imaginemos disponer fácilmente de todos los datos necesarios para seguir la evolución del comportamiento de un sistema robótico en todas sus fases, desde la etapa de diseño a la de producción. Y no solo seguirla, sino que simularla de forma anticipada antes de la fabricación, o predecirla, una vez en marcha.

Sería posible crear una réplica viva y cambiante a lo largo del tiempo, en la que confluyan, de forma integrada, todas las informaciones relacionadas con el activo representado. Una réplica utilizable para la experimentación de cualquier tipo de idea, sin consecuencias ni daños. Una réplica capaz de facilitar indicaciones sobre la ocurrencia de futuros problemas y paros. Una réplica disponible para las formaciones de los operarios en cualquier momento. O sea, sería posible crear un gemelo digital.

Aplicaciones de gemelos digitales

Llegados a este punto es legítimo preguntarse ¿exactamente en qué etapas de un proyecto se puede hacer uso de los gemelos digitales y qué beneficios se pueden obtener en cada una de ellas?

La realidad es que un flujo tan continuo de datos, entre todos los niveles de la empresa, abre las puertas a una innumerable cantidad de casos de uso. Veamos los más comunes, divididos en las tres fases del ciclo de venta de una solución robótica.

• Preventa

  
  

Los gemelos digitales permiten a los diseñadores testear nuevas configuraciones en un entorno 3D digital, intuitivo y seguro, rechazando ideas con escaso potencial desde el principio y focalizando la atención en los prototipos más prometedores. Cualquier experimento puede ser llevado a cabo, jugando con los layouts, los productos o los formatos, sin ningún tipo de peligro. Además, cada escenario puede ser analizado en detalle, con el objetivo de minimizar los riesgos en producción y perseguir la mejora continua.

Pero, el digital twin no solo es el pilar de la “ingeniería digital”, sino que también representa un gran aliado para los fabricantes a la hora de presentar al mercado sus propuestas. Los softwares de creación de gemelos digitales representan una verdadera herramienta de venta adicional, ya que, por ejemplo, permiten crear muy rápidamente animaciones de sistemas en funcionamiento, que substituyan los más tradicionales planos en 2D.

Además, ya no es inusual que la disponibilidad del modelo digital de la máquina constituya, para los clientes finales, un criterio de selección de sus proveedores, ya que esto les permite crear fácilmente el gemelo digital de toda la planta y aprovechar ellos mismos los beneficios de esta tecnología.

Por otra parte, también permiten llevar a los clientes a “show-rooms” realizados en Realidad Virtual, en los que pueden ver instalaciones personalizadas, aunque todavía no existentes, en un entorno completamente inmersivo. Por no hablar de ferias y eventos, en los que los gemelos digitales en VR representan indudablemente un enorme atractivo y marcan claramente la diferencia.

Creación del gemelo digital de un robot Denso, en Emulate3D de Rockwell Automation

• Ejecución del proyecto

  
  

Una vez ganado el proyecto y optimizado el diseño de la máquina, los programadores tienen la posibilidad de conectar uno o más PACs (Programmable Automation Controller) al gemelo digital de la misma, y así testear conjuntamente el CAD mecánico y la lógica operativa, previniendo un gran número de imprevistos que suelen surgir en planta y retrasar la entrega de la instalación.

Esta estrategia de validación brinda la oportunidad de probar los controles por completo, reproduciendo situaciones y configuraciones muy complejas, peligrosas o poco comunes. O sea, antes de que el robot esté fabricado e incluso antes de que se soliciten las piezas, permite realizar una completa puesta en marcha virtual, verificando las trayectorias, evidenciando posibles colisiones y comprobando la integración con todos los demás componentes del sistema.

Asimismo, el uso de digital twins resulta ser una óptima herramienta de diagnóstico a lo largo de las fases de implementación y funcionamiento de la máquina, ya que, al ser capaz de evolucionar con ella, garantiza el poder investigar en profundidad cada problema, hasta sacar a la luz las causas raíz de los errores y resolverlos más rápidamente.

• Postventa

  
  

Una vez el sistema se encuentra funcionando correctamente, su gemelo digital no deja de aportar beneficios a los fabricantes. Al contrario, constituye la base a partir de la cual desarrollar un amplio abanico de nuevos servicios y modelos de negocio.

En primer lugar, de cara a la formación del personal. La comercialización de nuevos productos no solo supone retos a nivel de diseño y fabricación, sino que también es necesario que los operarios estén suficientemente entrenados para interactuar con las nuevas estaciones de trabajo de manera segura y eficaz. Mover los cursos a un entorno virtual, permite prescindir de la disponibilidad tanto de equipos físicos como de personal experto, y ofrece la posibilidad a los operadores de practicar sus nuevas tareas todas las veces que lo necesiten.

Otra importante ventaja es la monitorización remota de la base instalada. La convergencia de todos los datos desde los sistemas OT e IT en una única entidad hace posible a los fabricantes de soluciones robóticas tener visibilidad sobre el estado de todos los activos instalados en sus clientes finales, observar la evolución de sus KPIs (Key Performance Indicators) en cada momento y ofrecer un adecuado soporte remoto.

Además, a través de la aplicación de analítica y algoritmos de machine learning, pueden, no solo realizar acciones correctivas muy rápidamente, sino que también pueden obtener los patrones de comportamiento necesarios para definir procesos de mantenimiento predictivo y prescriptivo y, de esta forma, minimizar el número de paradas no planificadas y extender la vida útil de los equipos.

Por último, frente a cualquier petición sucesiva de ampliación o modificación de la instalación, el gemelo digital sirve como base para comprobar, sin ningún impacto, la validez de cualquier cambio, antes de aplicarlo en planta.

En fin, en una época como esta, en la que todas las empresas industriales aspiran a ser las más competitivas, flexibles y eficientes, los gemelos digitales demuestran ser la mejor herramienta para aquellos fabricantes de soluciones robóticas, que quieran ofrecerse al mercado como partners fiables a lo largo de todo el ciclo de vida de la instalación.

La colaboración con Comau

Un ejemplo real de cómo aprovechar los beneficios de los gemelos digitales es la colaboración de Rockwell Automation y Comau, que han unido sus fuerzas para ofrecer al mercado soluciones unificadas de control de robots.

Gracias a esta iniciativa, los ingenieros podrán programar todas sus máquinas, incluyendo los brazos robóticos, en un solo entorno. Adicionalmente, podrán crear la réplica digital del sistema a través de herramientas de ingeniería digital, como el software Emulate3D, preparado para simular y emular los robots Comau, así como para generar automáticamente el código de control de la máquina.

Por otra parte, los fabricantes finales, utilizando el paquete de software FactoryTalk InnovationSuite, podrán visualizar informaciones sobre los sistemas de control de la línea y del robot en una sola interfaz, recibiendo sugerencias alrededor de la posible optimización de la producción y del rendimiento de las máquinas. Los técnicos podrán formarse en entornos virtuales y obtener soporte por parte de los proveedores de forma rápida y sencilla, aprovechando las aplicaciones móviles de realidad aumentada de la familia Vuforia.

En conclusión, Rockwell Automation, y Comau, tienen el objetivo conjunto de brindar al mercado soluciones robóticas sin fisuras, capaces de maximizar la eficiencia en la fabricación y la agilidad de los procesos, es decir capaces de minimizar el tiempo de obtención de valor para los clientes.

Conclusiones

Las últimas tendencias del mercado están obligando a las empresas industriales a buscar nuevas soluciones, para incrementar su flexibilidad, productividad y eficiencia. Por esta razón, los fabricantes de maquinaria y sistemas de robótica tienen que estar preparados para sugerir a los fabricantes finales las mejores respuestas para hacer frente a una presión tan grande.

En este contexto, los gemelos digitales representan una herramienta valiosa para desarrollar nuevos modelos de negocio y, así, ser capaces de añadir valor a la instalación en todas las fases de su ciclo de vida.

Giulia Angarano

Technology Consultant

Rockwell Automation Iberia

Págs. 52 a 56.